Enhanced Ionic Conductivity and Stability in Li 10 SnP 2 S 12 Solid Electrolytes via Tellurium Anionic Doping

材料科学 离子电导率 电解质 电导率 兴奋剂 电化学 离子键合 化学工程 快离子导体 硫化物 无机化学 扩散 化学物理 离子强度 电化学窗口 离子 球磨机 锂(药物)
作者
Hongda Li,Shuai Jian,L. Y. Yang,Wanting Zhang,Jiale Wang,Pengyan Li,Haixin Chang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (1): 1512-1521
标识
DOI:10.1021/acsami.5c20087
摘要

Sulfide solid electrolytes enable high-performance all-solid-state batteries, where Li10SnP2S12 (LSPS) offers LGPS-comparable conductivity with superior resource sustainability, yet faces challenges in balancing ionic transport and stability. This study synthesized Te-doped Li10SnP2S12-xTex (LSPST, 0 ≤ x ≤ 0.25) electrolytes via high-energy ball milling combined with gradient annealing. Structural analyses confirm uniform Te substitution at S sites. At the optimal doping level (x = 0.1), the modified electrolyte exhibits significantly improved performance, demonstrating a 45.2% enhancement in ionic conductivity (4.3 × 10-3 S cm-1) compared to pristine LSPS, along with a lower activation energy (0.259 eV) and superior electrochemical stability. Theoretical calculations reveal that Te doping facilitates Li+ transport through elongated Li-Te bonds, weakening Li+-framework interactions and anisotropic z-axis diffusion (validated by molecular dynamics). Simultaneously suppresses electronic conductivity (8.33 × 10-9 S cm-1) to inhibit dendrites, it enables superior full-cell performance in Li-In/LSPST/Li6PS5Cl/NCM811) cells, delivering 136.1 mAh g-1 initial capacity with 67.9% capacity retention after 50 cycles, outperforming undoped counterparts by 86%. This work establishes an anionic doping strategy to concurrently enhance ionic transport and stability in cost-effective sulfide electrolytes.
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