Breaking the Conductivity‐Capacity Trade‐Off in MCl 6 Anionic Framework: Amorphous Oxyhalide Cathode Materials Enable ≈1100 Wh Kg −1 at Cathode‐Level in All‐Solid‐State Lithium Batteries

材料科学 阴极 锂(药物) 无定形固体 电导率 固态 无机化学 化学工程 工程物理 物理化学 结晶学 医学 工程类 内分泌学 化学
作者
Yuhao Duan,Fiaz Hussain,Houyi Liu,Jiuwei Lei,Wei Xia,Hongzhang Zhang,Xiaofei Yang,Xianfeng Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (44): e13544-e13544
标识
DOI:10.1002/adma.202513544
摘要

Halide cathode active materials (CAMs) with high ionic conductivities have attracted significant attention. However, their capacity and energy density are limited by the large molar weight of the Li⁺ transport-dependent MCl6 anionic framework. In this study, a low-cost amorphous iron-based oxyhalide LFFOC-0.5 CAM is introduced that overcomes the conductivity-capacity trade-off between high ionic conductivity and low discharge capacity associated with the MCl6 framework. LFFOC-0.5 CAM achieves dual breakthroughs, exhibiting an impressive ionic conductivity of 0.26 mS cm-1 at 25 °C, and a high specific capacity of 586 mAh g-1 via an intercalation-conversion reaction at 60 °C. Due to its superior ionic conductivity and capacity, LFFOC-0.5 CAM enables a catholyte-free electrode to achieve an exceptional energy density of ≈1100 Wh kg-1 cathode and a power density of 2185 W kg-1 cathode at 60 °C, surpassing reported halide- and oxide-based CAMs by 1.5 to 3 times. Additionally, LFFOC-0.5 CAM is highly cost-effective ($9.3 kg-1) and exhibits remarkable humidity stability, retaining 100% of its capacity after 12 h of exposure to 5 ± 1% humidity. The multifunctional iron-based oxyhalide CAMs open new avenues for advancing high-performance all-solid-state lithium batteries.
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