AEM：通过质子的作用了解Li2OHCl固态电解质中的锂离子动力学

兔兔

2020-01-18

移动技术的进步很大程度上依赖于轻型和高功率电池。然而，现有锂离子电池仍存在一定的局限性，如环境问题、高成本、安全问题和低能量密度/比容量，以及易挥发和可燃的有机液体电解质。固态电解质（SSEs）有望克服这些问题，并显著降低可燃性和毒性，提升温度稳定性以及与高容量Li/Li合金负极和高电压正极的兼容性。低熔点SSEs对于制造低成本的全固态电池至关重要。Li₂OHCl凭着熔点低（mp<300 °C）、组分廉价（Li、H、O、Cl）和易于快速合成，在SSEs领域是一种很有前途的材料。该化合物的另一个独特的特征是存在Li空位和旋转的羟基，它们可以促进Li⁺的扩散，然而其质子在离子运输中的作用仍然知之甚少。在此，佐治亚理工学院的Gleb Yushin教授等人为了研究锂和质子动力学，进行了一系列固态核磁共振实验，例如魔角旋转⁷Li NMR，静态⁷Li和¹H NMR以及自旋晶格T₁（⁷Li）/T₁（¹H）弛豫实验。结果表明，只有Li⁺参与了离子的长程传输，而H⁺的动力学则受限于OH基团的不完全各向同性旋转。结果揭示了Li₂OHCl中离子迁移的详细机理。结果表明，离子运动在低温和高温下呈现两种不同的运动状态，OH基团的旋转控制了Li⁺和H⁺的运动。基于核磁共振实验的模型与晶体学信息、离子电导率测量和波恩-奥本海默分子动力学模拟完全一致。利用广泛的核磁共振实验以及它们与电导率测量和结构变化的相关性，对Li₂OHCl离子传输机制的深入基础研究为为固体电解质的进一步创新提供了途径，从而有助于未来商业上可行的固体电池的发展。

Ah-Young Song, Kostiantyn Turcheniuk, Johannes Leisen, Yiran Xiao, Lamartine Meda, Oleg Borodin, Gleb Yushin. Understanding Li-Ion Dynamics in Lithium Hydroxychloride (Li2OHCl) Solid State Electrolyte via Addressing the Role of Protons. Advanced Energy Materials 2020, 1903480.

DOI: 10.1002/aenm.201903480

原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.201903480