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A Versatile Sn‐Substituted Argyrodite Sulfide Electrolyte for All‐Solid‐State Li Metal Batteries
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2020-01-30 , DOI: 10.1002/aenm.201903422 Feipeng Zhao 1 , Jianwen Liang 1 , Chuang Yu 1 , Qian Sun 1 , Xiaona Li 1 , Keegan Adair 1 , Changhong Wang 1 , Yang Zhao 1 , Shumin Zhang 1 , Weihan Li 1 , Sixu Deng 1 , Ruying Li 1 , Yining Huang 2 , Huan Huang 3 , Li Zhang 4 , Shangqian Zhao 4 , Shigang Lu 4 , Xueliang Sun 1
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2020-01-30 , DOI: 10.1002/aenm.201903422 Feipeng Zhao 1 , Jianwen Liang 1 , Chuang Yu 1 , Qian Sun 1 , Xiaona Li 1 , Keegan Adair 1 , Changhong Wang 1 , Yang Zhao 1 , Shumin Zhang 1 , Weihan Li 1 , Sixu Deng 1 , Ruying Li 1 , Yining Huang 2 , Huan Huang 3 , Li Zhang 4 , Shangqian Zhao 4 , Shigang Lu 4 , Xueliang Sun 1
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Sulfide‐based solid‐state electrolytes (SSEs) for all‐solid‐state Li metal batteries (ASSLMBs) are attracting significant attention due to their high ionic conductivity, inherently soft properties, and decent mechanical strength. However, the poor incompatibility with Li metal and air sensitivity have hindered their application. Herein, the Sn (IV) substitution for P (V) in argyrodite sulfide Li6PS5I (LPSI) SSEs is reported, in the preparation of novel LPSI‐xSn SSEs (where x is the Sn substitution percentage). Appropriate aliovalent element substitutions with larger atomic radius (R<Sn> > R<P>) provides the optimized LPSI‐20Sn electrolyte with a 125 times higher ionic conductivity compared to that of the LPSI electrolyte. The high ionic conductivity of LPSI‐20Sn enables the rich I‐containing electrolyte to serve as a stabilized interlayer against Li metal in sulfide‐based ASSLMBs with outstanding cycling stability and rate capability. Most importantly, benefiting from the strong Sn–S bonding in Sn‐substituted electrolytes, the LPSI‐20Sn electrolyte shows excellent structural stability and improved air stability after exposure to O2 and moisture. The versatile Sn substitution in argyrodite LPSI electrolytes is believed to provide a new and effective strategy to achieve Li metal‐compatible and air‐stable sulfide‐based SSEs for large‐scale applications.
中文翻译：
适用于全固态锂金属电池的多功能Sn取代的Argyrodite硫化物电解质
用于全固态锂金属电池（ASSLMB）的基于硫化物的固态电解质（SSE）由于其高离子电导率，固有的柔软特性和良好的机械强度而备受关注。但是，与锂金属的不相容性和空气敏感性差阻碍了它们的应用。在本文中，在制备新型LPSI- x Sn SSE（其中x是Sn取代百分比）时，报道了在硫化银Li 6 PS 5 I（LPSI）SSE中用P（V）取代Sn（IV ）。原子半径较大的适当的异价元素取代（R <Sn >> R <P>）提供了优化的LPSI-20Sn电解质，其离子电导率是LPSI电解质的125倍。LPSI-20Sn的高离子电导率使富含I的电解质可以用作基于硫的ASSLMBs中锂金属的稳定中间层，具有出色的循环稳定性和倍率性能。最重要的是，得益于Sn取代电解质中强大的Sn–S键，LPSI-20Sn电解质在暴露于O 2和湿气后具有出色的结构稳定性和改善的空气稳定性。人们认为，在argyrodite LPSI电解质中使用多种Sn替代方法可提供一种新的有效策略，以实现适用于大规模应用的与Li金属相容且对空气稳定的基于硫化物的SSE。
更新日期：2020-03-03
中文翻译：
适用于全固态锂金属电池的多功能Sn取代的Argyrodite硫化物电解质
用于全固态锂金属电池（ASSLMB）的基于硫化物的固态电解质（SSE）由于其高离子电导率，固有的柔软特性和良好的机械强度而备受关注。但是，与锂金属的不相容性和空气敏感性差阻碍了它们的应用。在本文中，在制备新型LPSI- x Sn SSE（其中x是Sn取代百分比）时，报道了在硫化银Li 6 PS 5 I（LPSI）SSE中用P（V）取代Sn（IV ）。原子半径较大的适当的异价元素取代（R <Sn >> R <P>）提供了优化的LPSI-20Sn电解质，其离子电导率是LPSI电解质的125倍。LPSI-20Sn的高离子电导率使富含I的电解质可以用作基于硫的ASSLMBs中锂金属的稳定中间层，具有出色的循环稳定性和倍率性能。最重要的是，得益于Sn取代电解质中强大的Sn–S键，LPSI-20Sn电解质在暴露于O 2和湿气后具有出色的结构稳定性和改善的空气稳定性。人们认为，在argyrodite LPSI电解质中使用多种Sn替代方法可提供一种新的有效策略，以实现适用于大规模应用的与Li金属相容且对空气稳定的基于硫化物的SSE。
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