Li-richening strategy in Li2ZrCl6 lattice towards enhanced ionic conductivity

阴极 阳极 离子电导率 材料科学 电导率 离子键合 化学工程 化学 离子 物理化学 工程类 电解质 电极 有机化学
作者
Haochang Zhang,Zhaozhe Yu,Hannan Chen,Yongjian Zhou,Xiao Huang,Bingbing Tian
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:79: 348-356 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.01.008
摘要

All-solid-state Li batteries (ASSLBs) with solid-state electrolytes (SSEs) are exciting candidates for next-generation energy storage and receive considerable attention owing to their reliability. Halide SSEs are promising candidates due to their excellent stability against 4 V-class layered cathodes. Compared with Li3InCl6 or Li3ScCl6, the low ionic conductivity of Li2ZrCl6 (LZC) is a challenge despite its low raw-material cost. Herein, we report a family of Li-Richened chloride, Li2+2xZr1–xMxCl6, which can be used in high-performance ASSLBs owing to its high ionic conductivity (up to 0.62 mS cm−1). The theoretical (ab initio molecular dynamics simulations) and experimental results prove that the strategy of aliovalent substitution with divalent metals to obtain Li-Richened LZC is effective in improving Li+ conductivity in SSEs. By combining Li2.1Zr0.95Mg0.05Cl6 (Mg5-LZC) with a Li–In anode and a LiCoO2 cathode, a room-temperature ASSLBs with excellent long-term cycling stability (88% capacity retention at 0.3C for 100 cycles) and high-rate capability (121 mA h g−1 at 1C) is reported. This exploratory work sheds light on improving the Li+ conductivity of low-cost LZC-family SSEs for constructing high performance ASSLBs.
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