Li9.9SnP2S11.8Cl0.1O0.1: A Novel Sulfide Solid-State Electrolyte with High Ionic Conductivity and Air Stability

离子电导率 快离子导体 电导率 硫化物 电解质 无机化学 离子键合 离子 材料科学 化学 化学工程 物理化学 冶金 电极 工程类 有机化学
作者
Qingtao Wang,Qian Liu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:128 (51): 21649-21658 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.4c05656
摘要

The high ionic conductivity and favorable mechanical properties of sulfide solid-state electrolytes have attracted extensive research attention in the field of all-solid-state lithium batteries. However, these materials encounter obstacles related to inadequate air stability and limited compatibility with lithium metal. This study prepared a Cl and O-codoped Li10SnP2S12-type solid-state electrolyte, where the ionic conductivity exhibited a notable enhancement, rising from 1.58 to 2.94 mS cm–1. The introduction of Cl can introduce Li vacancies, while codoping Cl and O can introduce an S–Cl–O mixed anion framework, reducing the electrostatic attraction to Li and enlarging the lattice volume. Density functional theory calculations show that the synergistic modulation of Cl and O can reduce the lithium diffusion barrier and provide effective diffusion space. Consequently, this facilitates a heightened rate of lithium-ion migration, thus elucidating the observed enhancement in ionic conductivity. After doping, the electrolyte demonstrates enhanced air stability and compatibility with lithium metal. The all-solid-state battery using Li9.9SnP2S11.8Cl0.1O0.1 as the electrolyte shows higher initial discharge specific capacity and good cycling stability.
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