Exploration of Lithium-Ion Conductors Based on Local Coordination Environments Using Crystallographic Site Fingerprints

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作者
Songjia Kong,Naoki Matsui,Satoshi Hori,Masaaki Hirayama,Kazuhiro Mori,Takashi Saito,Ryoji Kanno,Kota Suzuki
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (28): 24336-24346
标识
DOI:10.1021/jacs.5c00856
摘要

The development of high-performance solid-state electrolytes for Li-ion batteries represents a critical challenge because many potential Li-containing compounds remain unexplored. In order to overcome this challenge, in this study, we utilized a semisupervised learning approach to streamline the discovery of novel Li-ion conductors by focusing on local coordination environments. Herein, we introduced four structure-representation descriptors to represent local coordination and applied agglomerative clustering to a data set of 3,835 Li-containing structures. The clusters were subsequently labeled with available experimentally determined ionic conductivity values to assess the efficacy of these descriptors in identifying promising conductors. After screening the obtained high-conductivity clusters and their neighboring structures, we shortlisted 147 compounds, which were further evaluated by molecular dynamics simulations to identify Li3LaP2S8 as a potential candidate. Li3LaP2S8 experimentally displayed low conductivity; however, optimizing the lithium content yielded Li3.1La0.9Sr0.1P2S8, which showed a conductivity of 2.1 × 10-6 S cm-1 at 298 K. To the best of our knowledge, this is the first reported investigation of Li3LaP2S8 as a solid-state electrolyte and highlights the power of semisupervised learning in accelerating the discovery of advanced materials. Our findings provide a valuable methodology for developing next-generation solid-state battery technologies.
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