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Low-Cost and Scalable Synthesis of High-Purity Li2S for Sulfide Solid Electrolyte
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2022-11-14 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c02238 Fangyuan Tu 1 , Zixiang Zhao 1 , Xin Zhang 2 , Zhenyu Wang 3 , Yue Ma 1 , Hongzhou Zhang 1 , Dawei Song 1 , Lianqi Zhang 1 , Yongan Yang 2 , Lingyun Zhu 3
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2022-11-14 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c02238 Fangyuan Tu 1 , Zixiang Zhao 1 , Xin Zhang 2 , Zhenyu Wang 3 , Yue Ma 1 , Hongzhou Zhang 1 , Dawei Song 1 , Lianqi Zhang 1 , Yongan Yang 2 , Lingyun Zhu 3
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Sulfide solid electrolytes (SSEs) are preferable for all-solid-state lithium batteries (ASSLBs) to achieve high energy densities. However, the development of SSEs is impeded due to the high cost of the key raw material─Li2S. It is of great significance to synthesize high-purity Li2S with a more accessible and economic method. Herein, a new strategy for large-scale synthesis of Li2S with a low cost is developed on the basis of a lithium sulfate carbothermic reduction reaction in this work. A high yield of 81.78% and low raw material cost of $62 kg1– are achieved, significantly lower than that of its commercial counterpart ($10,000–15,000 kg1–). To verify the effectiveness of this method, the as-prepared Li2S is further used to synthesize Li6PS5Cl (LPSC), and the corresponding electrochemical performances are evaluated. Room temperature ionic conductivity of LPSC reaches 2.63 mS cm–1. In the NCM622@Al2O3(NCM622@AlO)//LPSC//Li–In ASSLB system, a high discharge specific capacity of 136 mAh g–1 is maintained after 700 cycles at 1C with an ultrahigh area loading of 35.6 mg cm–2 (calculated according to NCM622@Al2O3, which is almost twice the other works). These performances are comparable to those using LPSC from expensive commercial Li2S in the control group, demonstrating the feasibility of the Li2S preparation strategy proposed in this work.
中文翻译：
用于硫化物固体电解质的高纯度 Li2S 的低成本和可扩展合成
硫化物固体电解质 (SSE) 是全固态锂电池 (ASSLB) 的首选，可实现高能量密度。然而，由于关键原材料Li 2 S的高成本阻碍了SSEs的发展。以更容易获得和经济的方法合成高纯度Li 2 S具有重要意义。在此，本工作基于硫酸锂碳热还原反应，开发了一种低成本大规模合成Li 2 S的新策略。实现了 81.78% 的高产率和 62 美元 kg 1-的低原材料成本，显着低于其商业对应物（10,000-15,000 美元 kg 1-）。为验证该方法的有效性，制备的 Li2 S进一步用于合成Li 6 PS 5 Cl (LPSC)，并评估了相应的电化学性能。LPSC的室温离子电导率达到2.63 mS cm –1。在 NCM622@Al 2 O 3 (NCM622@AlO)//LPSC//Li–In ASSLB 系统中，在 1C 下以 35.6 mg 的超高面积负载循环 700 次后仍保持136 mAh g –1的高放电比容量cm –2（根据NCM622@Al 2 O 3计算，几乎是其他工作的两倍）。这些性能与使用来自昂贵的商用 Li 2的 LPSC 的性能相当S在对照组中，证明了本工作中提出的Li 2 S制备策略的可行性。
更新日期：2022-11-14
中文翻译：
用于硫化物固体电解质的高纯度 Li2S 的低成本和可扩展合成
硫化物固体电解质 (SSE) 是全固态锂电池 (ASSLB) 的首选，可实现高能量密度。然而，由于关键原材料Li 2 S的高成本阻碍了SSEs的发展。以更容易获得和经济的方法合成高纯度Li 2 S具有重要意义。在此，本工作基于硫酸锂碳热还原反应，开发了一种低成本大规模合成Li 2 S的新策略。实现了 81.78% 的高产率和 62 美元 kg 1-的低原材料成本，显着低于其商业对应物（10,000-15,000 美元 kg 1-）。为验证该方法的有效性，制备的 Li2 S进一步用于合成Li 6 PS 5 Cl (LPSC)，并评估了相应的电化学性能。LPSC的室温离子电导率达到2.63 mS cm –1。在 NCM622@Al 2 O 3 (NCM622@AlO)//LPSC//Li–In ASSLB 系统中，在 1C 下以 35.6 mg 的超高面积负载循环 700 次后仍保持136 mAh g –1的高放电比容量cm –2（根据NCM622@Al 2 O 3计算，几乎是其他工作的两倍）。这些性能与使用来自昂贵的商用 Li 2的 LPSC 的性能相当S在对照组中，证明了本工作中提出的Li 2 S制备策略的可行性。
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