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Stable all-solid-state Li-Te battery with Li3TbBr6 superionic conductor

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作者
Zhichao Zeng,Xiaomeng Shi,Mingzi Sun,Hongtu Zhang,Wei Luo,Yunhui Huang,Bolong Huang,Yaping Du,Chun‐Hua Yan
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (7): 9344-9351 被引量:14
标识
DOI:10.1007/s12274-023-5559-4
摘要

Rare-earth (RE) halide solid electrolytes (HSEs) have been an emerging research area due to their good electrochemical and mechanical properties for all-solid-state lithium batteries (ASSBs). However, only very limited types of HSEs have been reported with high performance. In this work, tens of grams of RE-HSE Li3TbBr6 (LTbB) was synthesized by a vacuum evaporation-assisted method. The as-prepared LTbB displays a high ionic conductivity of 1.7 mS·cm−1, a wide electrochemical window, and good formability. Accordingly, the assembled solid lithium-tellurium (Li-Te) battery based on the LTbB HSE exhibits excellent cycling stability up to 600 cycles, which is superior to most previous reports. The processes and the chemicals during the discharge/charge of Li-Te batteries have been studied by various in situ and ex situ characterizations. Theoretical calculations have demonstrated the dominant conductivity contributions of the direct [octahedral]-[octahedral] ([Oct]–[Oct]) pathway for Li ion migrations in the electrolyte. The Tb sites guarantee efficient electron transfer while the Li 2s orbitals are not affected during migration, leading to a low activation barrier. Therefore, this successful fabrication and application of LTbB have offered a highly competitive solution for solid electrolytes in ASSBs, indicating the great potential of RE-based HSEs in energy devices.
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