Amorphous Nitride‐chloride Solid‐State Electrolytes for High Performance All‐Solid‐State Lithium Batteries

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作者
Tingting Wu,Sijie Guo,Hong‐Shen Zhang,Yue Jiang,Jun Wang,Jiacheng Zhu,Xusheng Zhang,Pengfei Wei,Ziyang Hu,Rongzhi Gao,GuanHua Chen,Rui Wen,Xuefeng Wang,Amin Cao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (36): e202510359-e202510359
标识
DOI:10.1002/anie.202510359
摘要

High-performance solid-state electrolytes (SSEs) are crucial for advancing all-solid-state batteries (ASSBs). Amorphous SSEs, in particular, offer promising advantages due to their grain-boundary-free nature, which facilitates intimate solid-to-solid contact and uniform lithium-ion flux, thereby improving composite electrode performance. Here, we report a class of SSEs based on a nitrogen-chlorine dual-anion framework, formulated as Li3 x +0.1ZrNxCl4.1, for high-voltage ASSBs. Unlike widely studied crystalline Li2ZrCl6 with a triclinic structure, increased N3- substitution drives a structural transition to an amorphous phase (Li1.3ZrN0.4Cl4.1), which achieves a significant enhancement in Li+ conductivity from 0.46 to 3.01 mS cm-1, alongside improved oxidative stability up to 4.8 V. This dual-anion SSEs exhibits excellent compatibility with high-energy LiNi0.83Co0.06Mn0.11O2 (NCM83) cathodes. The corresponding full cells deliver a high reversible capacity of 200.1 mAh g-1 at 4.5 V with outstanding capacity retention of 95.1% after 150 cycles at 0.2 C, along with remarkable long-term cycling stability exceeding 3000 cycles at 3 C. Furthermore, the electrochemical stability of Li1.3ZrN0.4Cl4.1 in conjunction with NCM83 is still preserved under elevated temperatures (50 °C) and higher cut-off voltages (up to 4.8 V). These results highlight the promise of dual-anion amorphous electrolytes, paving the way for the design of next-generation SSEs beyond traditional single-anion systems.
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