Lithium‐Deficient Halide Solid‐State Electrolytes with Enhanced Electrochemical Performance for All‐Solid‐State Batteries

材料科学 卤化物 离子电导率 电化学 阳极 电解质 锂(药物) 阴极 电导率 离子键合 中子衍射 无机化学 电化学窗口 化学工程 离子 金属卤化物
作者
Lei Gao,Zhigang Zhang,Zheyuan Zhang,Yongrui Luo,Bolong Hong,Longbang Di,Haijin Ni,Jinlong Zhu,Ruqiang Zou,Enyue Zhao,Songbai Han
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (12) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202519648
摘要

Abstract The halide solid‐state electrolyte (SSE) Li 2 ZrCl 6 has emerged as a promising candidate for all‐solid‐state batteries (ASSBs) due to the abundance of Zr in the Earth's crust and its low cost. However, its relatively low ionic conductivity prevents it from meeting the essential performance threshold (> 1 mS cm −1 ) required for application in ASSBs. In this work, a novel strategy is presented to enhance ionic conductivity by incorporating high‐valence Ta 5+ into the Li 2 ZrCl 6 framework, resulting in a series of Li‐deficient Li 2– x Ta x Zr 1– x Cl 6 (LTZC, 0 ≤ x ≤ 0.4) SSEs. Remarkably, the LTZC ( x = 0.275) achieves a high ionic conductivity of 1.43 mS cm −1 at 30 °C, surpassing that of Li‐rich Li 2 ZrCl 6 ‐based SSEs (e.g., Li 2+2 x Zr 1– x Mg x Cl 6 ). Neutron powder diffraction reveals a pronounced rearrangement of Li + ions upon Ta 5+ doping, and bond‐valence site energy calculations indicate that this rearrangement enhances Li + transport within the lattice. Furthermore, ASSBs incorporating LTZC SSE with LiCoO 2 or LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 cathode and Li‐In anode exhibit excellent cycling performance. This work underscores the effectiveness of structural regulation in developing Li‐deficient halide SSEs as a viable strategy for enhancing their electrochemical performance.
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