Promoting favorable interfacial properties in lithium-based batteries using chlorine-rich sulfide inorganic solid-state electrolytes

电解质 材料科学 化学工程 硫化物 锂(药物) 固态 无机化学 冶金 电极 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Dewu Zeng,Jingming Yao,Long Zhang,Ruonan Xu,Shaojie Wang,Xinlin Yan,Chuang Yu,Lin Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 1909-1909 被引量:252
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29596-8
摘要

Abstract The use of inorganic solid-state electrolytes is considered a viable strategy for developing high-energy Li-based metal batteries. However, suppression of parasitic interfacial reactions and growth of unfavorable Li metal depositions upon cycling are challenging aspects and not yet fully addressed. Here, to better understand these phenomena, we investigate various sulfide inorganic solid electrolytes (SEs), i.e., Li 7− x PS 6− x Cl x ( x = 0.6, 1.0, 1.3, 1.45, and 1.6), via ex situ and in situ physicochemical and electrochemical measurements. We found that the Cl distribution and the cooling process applied during the SE synthesis strongly influence the evolution of the Li|SE interface in terms of microstructure, interphase composition, and morphology. Indeed, for a SE with a moderate chlorine content (i.e., x = 1.3) and obtained via a slow cooling process after sintering, the Cl atoms are located on the surface of the SE grains as interconnected LiCl nanoparticles that form an extended LiCl-based framework. This peculiar microstructure facilitates the migration of the Cl ions to the Li|SE interface during electrochemical cycling, thus, favouring the formation of a LiCl-rich interphase layer capable of improving the battery cycling performances.
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