Interfacial O‐Cl Exchange via Transition Metal Oxide Fillers Boosts Performance and Cost‐Efficiency in Zr‐Based Chloride Li‐Ion Conductors

材料科学 电解质 离子电导率 氧化物 过渡金属 化学工程 电导率 离子键合 复合数 渗透(认知心理学) 电化学 吸附 导电体 兴奋剂 无机化学 交换电流密度 氧化钒 卤化物 溶解 金属 渗流阈值 复合材料 电阻率和电导率
作者
Yuxin Gong,Mengyu Fu,Yingmin Jin,Yumeng Li,Ruifan Lin,Yong Zhang,Lei Lei,Ying Zhang,Changsong Dai,Yueping Xiong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (45) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.75321
摘要

ABSTRACT Halide solid‐state electrolytes (HSSEs), exemplified by low‐cost Li 2 ZrCl 6 , exhibit high ionic conductivity and a wide electrochemical stability window, making them promising for all‐solid‐state batteries (ASSBs). Yet, optimizing HSSEs by elemental doping is either inefficient or costly, necessitating alternative approaches. Inspired by the filler‐modified LiI‐Al 2 O 3 system with fast‐conductive interfacial percolation layer (IPL) and with regard to the underlying insufficient interfacial filler/electrolyte contact with Li 2 ZrCl 6 matrix, which hinders the IPL formation, the use of transition metal oxide Fe 2 O 3 is pioneered as a filler to generate oxygen vacancies and foster benign filler/electrolyte interfaces. At the Fe 2 O 3 /electrolyte interface, synchrotron X‐ray adsorption spectra and electron energy loss spectra mapping reveal a distinctive O‐Cl exchange reaction and improved interfacial contact. Density function theory, bond‐valence site energy calculations, and finite‐element simulations validate improved Li + migration via mitigated electrostatic confinement, reduced migration energy barriers, and spatially confined electric‐field‐accelerated IPLs. Benefiting from these merits, the ionic conductivity of the composite electrolyte surges from 0.4 to 2.15 mS cm −1 , with Li + migration activation energy reduced to 0.28 eV. Paired with the NCM811 cathode, the ASSB delivers 90% capacity retention over 1000 cycles at 0.5 C. This work offers a novel, cost‐effective strategy for high‐performance halide‐oxide composite electrolytes from the counterintuitive perspective of nanofiller integration.
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