Li 1.75 Zr 0.75 Sb 0.25 Cl 4.75 O 0.625 Oxyhalide Solid Electrolyte: Enhancing Performance by Regulating Phase Transition

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作者
Pengfei Du,Peng Zhang,Zhenyang Shen,Yongmei Zhou,Qingtao Wang,Ying Liu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:129 (43): 19303-19311 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5c05412
摘要

New types of halides have garnered significant attention from researchers in the development of high-performance all-solid-state lithium-ion batteries due to their exceptional high-potential stability, high ionic conductivity, and favorable mechanical properties. Here, a mechanochemical ball milling method is employed to synthesize the Li 2–2 x Zr 1–2 x Sb 2 x Cl 6–10 x O 5 x material by incorporating an appropriate amount of Sb–O into Li 2 ZrCl 6 . Experimental results and Rietveld refinement confirm the successful synthesis of a zirconium-based chloride-oxide solid electrolyte material (Li 1.75 Zr 0.75 Sb 0.25 Cl 4.75 O 0.625 ). Due to the incorporation of Sb 5+, which has a smaller ionic radius but a higher valence state, the volume of the condensed crystal lattice decreased, while the number of lithium vacancies increased. The incorporation of O 2– induced a phase transition in the crystal structure, leading to the redistribution of lithium ions. The combined effects of these factors enhanced the ionic conductivity. The lithium-ion conductivity of the electrolyte at 25 °C is 4.2 × 10 –4 S cm –1, and it possesses a wide electrochemical stability window (1.22–4.62 V vs Li + /Li). Simultaneously, Sb–O dual doping enhances the electrochemical reduction stability of Li 2 ZrCl 6 . The all-solid-state battery utilizing Li 1.75 Zr 0.75 Sb 0.25 Cl 4.75 O 0.625 as the electrolyte and sc-NCM811 as the cathode demonstrates excellent cycling performance and a high capacity retention rate. These investigations offer a promising strategy for the rational design of zirconium-based halide solid-state electrolytes, which are essential for the development of high-performance all-solid-state batteries.
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