Mechanism of Contrasting Ionic Conductivities in Li2ZrCl6 via I and Br Substitution

离子半径 材料科学 电化学 离子键合 卤化物 电导率 热传导 快离子导体 离子电导率 物理化学 无机化学 化学物理 离子 化学 有机化学 电极 复合材料 电解质
作者
Yeji Choi,Hiram Kwak,Jae‐Seung Kim,Daseul Han,H. Kim,Sunho Ko,Jong Seok Kim,Juhyoun Park,Gihan Kwon,Kyung‐Wan Nam,Dong‐Hwa Seo,Yoon Seok Jung
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (41): e05926-e05926 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202505926
摘要

Understanding the complex structural and chemical factors that influence ionic conduction mechanisms is paramount for developing advanced inorganic superionic conductors in all-solid-state batteries, particularly halide solid electrolytes with excellent electrochemical oxidative stability and mechanical sinterability. Herein, contrasting ionic conduction behaviors in I- and Br- substituted Li2ZrCl6 are revealed by combining experimental structural analyses and theoretical calculations. The inter-slab distance along the c-axis, which varies with the anion substitution and M2-M3 site disorder, is a key factor for opening the ab-plane conduction and facilitating the overall Li+ conduction. Increased M3 site occupancy generally leads to contracted inter-slab distance. The substantial increase in Li+ conductivity upon I substitution (from 0.40 to 0.91 mS cm-1) originates from a sufficiently expanded lattice volume owing to its large ionic radii (I- = 2.20 Å), particularly inter-slab distance that facilitates the ab intra-plane Li+ conduction, which also benefits from decreased M2-M3 disorder. In contrast, Br (Br- = 1.96 Å) substitution results in insufficiently expanded Li+ channels, which, exacerbated by increased M2-M3 disorder, leads to degradation in Li+ conductivity. Implementing I- substituted Li2ZrCl6 resulted in superior electrochemical performance in LiCoO2||Li-In cells compared to those with an unsubstituted catholyte.
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