Correlating Macro and Atomic Structure with Elastic Properties and Ionic Transport of Glassy Li2S‐P2S5 (LPS) Solid Electrolyte for Solid‐State Li Metal Batteries

材料科学 电解质 无定形固体 离子键合 快离子导体 电导率 化学物理 离子电导率 化学工程 复合材料 离子 结晶学 物理化学 电极 有机化学 化学 物理 工程类
作者
Regina García-Méndez,Jeffrey G. Smith,Jöerg C. Neuefeind,Donald J. Siegel,Jeff Sakamoto
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (19) 被引量:86
标识
DOI:10.1002/aenm.202000335
摘要

Abstract A combination of high ionic conductivity and facile processing suggest that sulfide‐based materials are promising solid electrolytes that have the potential to enable Li metal batteries. Although the Li 2 S‐P 2 S 5 (LPS) family of compounds exhibit desirable characteristics, it is known that Li metal preferentially propagates through microstructural defects, such as particle boundaries and/or pores. Herein, it is demonstrated that a near theoretical density (98% relative density) LPS 75‐25 glassy electrolyte exhibiting high ionic conductivity can be achieved by optimizing the molding pressure and temperature. The optimal molding pressure reduces porosity and particle boundaries while preserving the preferred amorphous structure. Moreover, molecular rearrangements and favorable Li coordination environments for conduction are attained. Consequently, the Young's Modulus approximately doubles (30 GPa) and the ionic conductivity increases by a factor of five (1.1 mS cm −1 ) compared to conventional room temperature molding conditions. It is believed that this study can provide mechanistic insight into processing‐structure‐property relationships that can be used as a guide to tune microstructural defects/properties that have been identified to have an effect on the maximum charging current that a solid electrolyte can withstand during cycling without short‐circuiting.
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