Chemical Bond Covalency in Superionic Halide Solid‐State Electrolytes

卤化物 快离子导体 固态 电解质 化学键 化学 化学物理 无机化学 材料科学 物理化学 有机化学 电极
作者
Jiamin Fu,Han Su,Jing Luo,Xiaona Li,Jianwen Liang,Changhong Wang,Jung Tae Kim,Yang Hu,Feipeng Zhao,Shumin Zhang,Hui Duan,Xiaoge Hao,Weihan Li,Jian Peng,Jue Liu,Shuo Wang,Tsun‐Kong Sham,Xueliang Sun
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202508835
摘要

Halide solid‐state electrolytes (SSEs) are promising superionic conductors with high oxidative stability and ionic conductivity, making them attractive for all‐solid‐state lithium‐ion batteries. However, most studies have focused on ion‐stacking structures, overlooking the role of bond characteristics in ionic transport. Here, we investigate bond dynamics and the superionic transition (SIT) in bromide electrolyte, Li3InBr6, using synchrotron X‐ray techniques and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations. We demonstrate that the SIT in halide SSEs is driven by a thermally induced transition in bonding character (ionic to covalent) rather than a change in crystal phase. AIMD simulations further reveal enhanced Li⁺ diffusion and collective anion motion at elevated temperatures. Expanding our study to Li3LnBr6 (Ln = Gd, Tb, Ho, Tm, Lu), we confirm the widespread occurrence of SIT in this material class, with Li3GdBr6 exhibiting the highest ionic conductivity (5.2 mS cm‐1 at 298 K). More importantly, the ionic‐covalent transition is highly tunable through electrolyte modifications, such as cation/anion substitution and synthesis methods. Our findings provide a new perspective on ionic transport, highlighting the critical role of chemical bond characteristics in halide SSEs.
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