Nano Letters:调控溶液制备的锂辉石固态电解质并用冷冻透射电镜揭示其微结构

北2北

2020-05-12

硫化物锂辉石型无机固态电解质凭借其高离子电导率、高机械强度以及便于溶液方法制备等优势而在发展高比能全固态锂电池中吸引了诸多关注。然而，目前溶液方法制备的锂辉石电解质组分仅仅局限于Li₆PS₅X(X=Cl、Br、I),这些组分的离子电导率通常较低。近日，韩国蔚山国家科技研究院的Hyun-Wook Lee与汉阳大学的Yoon Seok Jung等通过溶液方法制备了一种离子电导率高达0.54mS/cm的Li _6.5 P _0.5 Ge _0.5 S ₅ I固态电解质并利用冷冻透射电镜对其微结构进行了研究。

本文要点

1） 研究人员利用无水乙醇作为溶剂采用溶液方法制备了一系列基于I离子的Li ₆ PS ₅ I, Li _6+x P _1−x M _x S ₅ I (M = Ge, Sn)锂辉石固态电解质材料。对于Li _6.5 P _0.5 Ge _0.5 S ₅ I来说，其在30℃下的离子电导率高达0.54mS/cm，这是目前所报道的采用溶液方法制备的锂辉石电解质的最高离子电导率。

2) 研究人员利用电化学阻抗谱、X射线衍射、拉曼光谱、对分布函数等方法对热处理温度和锂辉石组分对电解质离子电导率和微结构的影响进行了系统研究。冷冻电镜更是首次直接捕捉到了该固态电解质的局部纳米结构。

3) 最后，研究人员将Li _6.5 P _0.5 Ge _0.5 S ₅ I电解质与LiCoO₂正极匹配为全固态锂电池。该全固态电池在0.1C的电流密度下可逆容量高达155mAh/g。在0.2C的倍率下循环100周后的容量保持率高达94.9%。优异的电化学性能和锂辉石型固态电解质的高离子电导率以及内部紧密的离子接触有关。

Yong Bae Song et al, Tailoring Solution-Processable Li Argyrodites Li6+xP1–xMxS5I (M = Ge, Sn) and Their Microstructural Evolution Revealed by Cryo-TEM for All-Solid-State Batteries, Nano Letters, 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01028

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01028