高离子导电率的固体电解质是发展全固态电池的关键。硫化物无机固体电解质具有较高的离子电导率，其中立方型的硫银锗矿Li6PS5X (X = Cl, Br, I)化合物一直是研究的热点，但硫化物的不稳定性成为限制其发展的主要原因。
近日，上海大学理学院赵宏滨教授和唐亚副教授课题组在期刊ACS Applied Materials & Interfaces发表了一篇题目为Fluorine-Like BH4-Doped Li6PS5Cl with Improved Ionic Conductivity and Electrochemical Stability的文章，文章通过BH4掺杂，不仅可以提高Li6PS5Cl的离子导率，材料的电化学稳定性也大大提升。
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Figure 1. X-ray diffraction patterns of Li6PS5Cl, Li6PS5Cl0.9(BH4)0.1, and Li6PS5Cl0.3F0.7.
XRD结果表明成功合成了BH4-掺杂的硫银锗矿材料。
Figure 2. (a) Arrhenius plots of temperature dependent ionic conductivity values in the temperature range from 25 to 70 °C. (b) Ionic conductivities and activation energies of Li6PS5Cl, Li6PS5Cl0.9(BH4)0.1 and Li6PS5Cl0.3F0.7 samples.
通过对材料进行升温阻抗测试，得到近乎直线的阿伦尼乌斯图。其中Li6PS5Cl0.9(BH4)0.1的离子导率为2.83 × 10–3 S cm–1，提升了一倍，而活化能仅为0.288 eV。
Figure 5. The voltage-time profile on galvanostatic cycling of the (a) Li/Li6PS5Cl/Li, (b) Li/Li6PS5Cl0.9(BH4)0.1/Li, (c) Li/Li6PS5Cl0.3F0.7/Li symmetric cells at current density of 0.2 mA cm-2. Critical current density of (d) Li/Li6PS5Cl/Li, (e) Li/Li6PS5Cl0.9(BH4)0.1/Li, (f) Li/Li6PS5Cl0.3F0.7/Li symmetric cells.
Li/ Li6PS5Cl0.9(BH4)0.1/Li对称电池可在0.2 mA cm -2的电流密度下稳定运行400小时以上。与此形成鲜明对比的是，虽然F-掺杂样品Li6PS5Cl0.3F0.7可以显著提高材料的电化学稳定性，但离子电导率将急剧降低至6.63×10 -4 S cm -1。此外，Li6PS5Cl0.9(BH4)0.1的临界电流密度为3.5 mA cm -2，这使其成为具有竞争力的硫化物基固体电解质。
总结：
这项工作提出了通过BH4-掺杂提升锂-硫银锗矿型硫化物固体电解质的离子电导率和电化学稳定性的策略，为新型硫化物固体电解质的设计提供了潜在的方向。
文献详情：
Lulin Liu, # Heng Wang, # Daixin Ye,* Hongbin Zhao,* Jiujun Zhang, Ya Tang* , Fluorine-Like BH4-Doped Li6PS5Cl with Improved Ionic Conductivity and Electrochemical Stability, ACS Appl. Mater. Interfaces 2024.
https://doi.org/10.1021/acsami.4c05403