Synthesis and characterization of low-temperature lithium-ion conductive phase of LiX (X=Cl, Br)-Li3PS4 solid electrolytes

快离子导体 锂(药物) 电解质 离子 无机化学 电导率 硫化物 化学 离子键合 材料科学 离子电导率 物理化学 电极 有机化学 医学 内分泌学
作者
Tomoyuki Tsujimura,S. Ito,Kōji Yoshida,Yuki Higashiyama,Yûichi Aihara,Nobuya Machida,Y. Park,Dongmin Im
出处
期刊:Solid State Ionics [Elsevier BV]
卷期号:383: 115970-115970 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.ssi.2022.115970
摘要

A new class of sulfide electrolytes, (1-x)LiCl-xLiBr-2Li 3 PS 4 (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75, and 1.0), was synthesized, and characterized their stable temperature range, ionic-conductivity and applicability for all-solid-state lithium metal battery. The optimal heat-treatment temperature of the synthesis process is relatively low, i.e., 200 °C. Ionic conductivity of the electrolyte increases with increasing LiBr ratio, and maximum ionic conductivity at 25 °C is 1.7 mScm −1 with x = 0.75. At higher heat-treatment temperature, above 250 °C, a low-ionic-conduction crystalline phase appears in the electrolyte, and at that time, ionic conductivity decreases to a similar value to that of the amorphous precursor used in the synthesis process. Since the electrolyte does not contain a transition metal, it is applicable to the lithium-metal secondary system. A reversible lithium deposition-stripping reaction was demonstrated by cyclic voltammogram, the results of which indicate that the electrolyte is applicable to a typical 4-V rechargeable lithium-metal secondary system. The Coulombic efficiency of the first charge-discharge cycle is approximately 75%, and reversible capacity of 185 mAhg −1 was verified by a Li/0.25LiCl-0.75LiBr-2Li 3 PS 4 /NCA pelletized-cell test. It is concluded from these results that the proposed low-temperature-synthesized sulfide electrolytes will reduce energy consumption for material production, and such a low-carbon-footprint process meets the demand of the future sustainable society. • A new class of LiX (X = Cl, Br)-Li 3 PS 4 solid electrolytes are synthesized by using conventional solid reaction process. • 0.25LiCl-0.75LiBr-2Li 3 PS 4 solid electrolyte shows a high Li + conductivity of 1.7mScm −1 at 25 °C. • All-solid-state cells exhibits a discharge capacity of 185 mAhg −1 -NCA at 25 °C.
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