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打破常规,孙学良院士EES
来源: 时间:2023-10-10 13:39:35 浏览:1273次

第一作者:Changhong Wang、Shuo Wang

通讯作者:王建涛、莫一非、孙学良院士

通讯单位:国联汽车动力电池研究院、马里兰大学、加拿大西安大略大学

DOI: 10.1039/D3EE01119D



研究背景



开发基于固态电解质(SEs)的全固态电池(ASSBs)是有效解决液态电解质基锂离子电池安全性问题的理想方案,其中卤化物固体电解质具有良好的离子电导率和出色的高电压稳定性,受到广泛关注。然而,它们的结构与性能之间的结构-效能关系仍不清楚。基于此,王建涛、莫一非和孙学良院士等人报道了一系列Li3-xLu1-xZrxCl6(LLZL,0<x<1)固溶体,用于研究卤化物SEs中离子和空位浓度对离子电导率的影响。本文中,研究者发现实现LLZL中离子和空位浓度的平衡,而非异价取代引起的结构变化(引入堆垛层错),在优化六方密堆积(hcp)结构中的离子传输中至关重要。该研究还揭示了共价取代可以增强卤化物SSE的氧化稳定性,但会牺牲其还原稳定性。本研究为开发具有长寿命的无钴ASSBs提供了重要见解和新的思路。



文章要点



1、通过调控Li3-xLu1-xZrxCl6(LLZL,0<x<1)固溶体中离子和空位浓度,揭示实现卤素阴离子亚晶格中离子和空位浓度的平衡,而非异价取代引起的结构变化,对离子的高效传输起着至关重要的作用。

2、在一系列LLZL固溶体中,当50%的Lu3+被Zr4+取代时,该固溶体在室温下具有最高的离子电导率(1.5 mS·cm-1)和最低的活化能(0.285 eV)。此外,同价取代(Zr4+或Hf4+)能增强卤化物SEs的氧化稳定性,但牺牲了其还原稳定性。

3、以LLZL固溶体制备的无Co全固态电池LiMn2O4/LLZC/Li6PS5Cl表现出优异的长循环稳定性,其在0.3 C下循环1000次后的容量衰减可以忽略不计。



图文展示



图1. Li+在具有不同离子和空位浓度的SEs中的迁移模型

图2. Li-Lu-Zr-Cl固溶体的结构分析

图3.揭示Li3-xLu1-xZrxCl6固溶体中Li+/空穴浓度与电化学性能的关系

图4. Li2.5Lu0.5Zr0.5Cl6的本征电化学窗口

图5.无Co全固态电池LiMn2O4/LLZC/Li6PS5Cl的电化学性能

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全部 3小时前 四川
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