Low-Content Bromine Substitution Accelerates Li+ Conduction in Chloride Electrolytes for All-Solid-State Batteries

离子电导率 电解质 替代(逻辑) 电导率 电化学 离子键合 无机化学 氯化物 离子液体 化学 离子 化学工程 电池(电) 材料科学 工作(物理) 金属
作者
Qian Zhao,Weizong Wang,Cheng Ruan,Zhengping Ding,Yurong Ren
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (19): 14671-14678 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsaem.5c02440
摘要

Chloride-based solid-state electrolytes (SSEs) have attracted significant attention due to their favorable combination of ionic conductivity and electrochemical stability. However, chloride SSEs exhibit lower ionic conductivity than sulfides and liquid electrolytes, along with Li metal instability, hindering their high-rate all-solid-state battery (ASSB) applications. Previous studies have emphasized a cation substitution strategy, particularly high-entropy design, to enhance ionic conductivity, while anion substitution remains an underexplored yet promising alternative. Herein, through low-content Br substitution, Li3InCl5.9Br0.1 is synthesized via mechanical ball milling and achieves a room-temperature ionic conductivity of 1.30 mS cm–1, which represents a 48% enhancement over pristine Li3InCl6 (0.88 mS cm–1). Combined experimental and theoretical analyses reveal that the enhanced ionic conductivity stems from moderate local lattice distortion and optimized Li–Cl/Br bond lengths that facilitate Li+ conduction. The assembled LiCoO2|Li3InCl5.9Br0.1|Li6PS5Cl|Li–In ASSBs significantly demonstrate 81.89% capacity retention after 100 cycles at 0.2C (vs 70.55% for ASSBs with pristine Li3InCl6), along with improved rate performance. This work provides a reliable strategy of low-content Br– substitution to develop advanced chloride SSEs for application in ASSBs.
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