Synergistic Cation–Anion Engineering Enables Yttrium Chlorobromide Superionic Conductors for High‐Performance All‐Solid‐State Lithium Metal Batteries

材料科学 离子电导率 电化学 电解质 卤化物 阴极 电导率 化学工程 快离子导体 锂(药物) 离子键合 金属 无机化学 阳离子聚合 电化学窗口 硫化物 极化(电化学) 金属卤化物 过渡金属 化学稳定性 电极 活化能 陶瓷 导电体 储能 离子半径 热稳定性 电化学能量转换
作者
C B Li,Shaowei Li,Zihao Zhang,Qibin Xie,Yile Ding,Y N Wu,Yue Wang,Peng Shi,Shihui Zou,Yujing Liu,Jianwei Nai,Jianmin Luo,Xinyong Tao,Huadong Yuan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71299
摘要

ABSTRACT Halide solid‐state electrolytes (HSSEs) deliver greater chemical stability, a wider electrochemical stability window, but lower room‐temperature ionic conductivities than existing sulfide solid‐state electrolytes. Herein, we report a novel HSSE, Li 2.5 Y 0.75 W 0.25 Cl 3.5 Br 2.5 , featuring synergetic anion–cation chemistry that enhances ionic conductivity and interfacial stability. The substitution of Br − at halide sites within Li 3 YCl 6 framework induces a space group transformation that expands the Li‐ion transport channels. Concurrently, the incorporation of W 5+ effectively generates cation vacancies and induces a cationic polarization effect, thereby reducing the energy barrier for Li‐ion migration. The resulting Li 2.5 Y 0.75 W 0.25 Cl 3.5 Br 2.5 achieves a high room‐temperature ionic conductivity of 6.38 mS cm −1 with a low activation energy of 0.22 eV. More importantly, the reaction products of WO 3 at the LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 /Li 2.5 Y 0.75 W 0.25 Cl 3.5 Br 2.5 interface not only reduce the total interface energy but also significantly suppress oxygen release and enhance interfacial stability during cycling. Consequently, all‐solid‐state full cells paired with a LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 cathode demonstrate long‐term cycling stability, with a high initial discharge capacity of 169.40 mAh g −1 at 0.3 C and a retained capacity of 100.14 mAh g −1 after 500 cycles. This work provides new insights into overcoming the performance limitations of HSSEs and holds significant importance for developing highly stable all solid‐state Li metal batteries (ASSLMBs).
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