A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries

电解质 离子电导率 锂(药物) 材料科学 离子键合 电极 电导率 化学工程 固态 快离子导体 离子 化学 物理化学 有机化学 工程类 内分泌学 医学
作者
Lv Hu,Jinzhu Wang,Kai Wang,Zhenqi Gu,Zhiwei Xi,Hui Li,Fang Chen,Youxi Wang,Zhenyu Li,Cheng Ma
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 3807-3807 被引量:225
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39522-1
摘要

Abstract To enable the development of all-solid-state batteries, an inorganic solid-state electrolyte should demonstrate high ionic conductivity (i.e., > 1 mS cm −1 at 25 °C), compressibility (e.g., > 90% density under 250−350 MPa), and cost-effectiveness (e.g., < $50/kg). Here we report the development and preparation of Li 1.75 ZrCl 4.75 O 0.5 oxychloride solid-state electrolyte that demonstrates an ionic conductivity of 2.42 mS cm −1 at 25 °C, a compressibility enabling 94.2% density under 300 MPa and an estimated raw materials cost of $11.60/kg. As proof of concept, the Li 1.75 ZrCl 4.75 O 0.5 is tested in combination with a LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 -based positive electrode and a Li 6 PS 5 Cl-coated Li-In negative electrode in lab-scale cell configuration. This all-solid-state cell delivers a discharge capacity retention of 70.34% (final discharge capacity of 70.2 mAh g −1 ) after 2082 cycles at 1 A g −1 , 25 °C and 1.5 tons of stacking pressure.
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