鹵化物電解質(zhì)因其高離子電導率和與高壓電極良好的相容性而成為無機固態(tài)電解質(zhì)中的后起之秀。 然而，與液體介導的路線相比，它們的傳統(tǒng)合成方法（包括球磨退火）通常是能量密集型且耗時的。 更重要的是，考慮到微量水對電池性能的不利影響，水溶液中的唯一方法并不完美。 在這里，我們提出了一種新的乙醇介導的超離子Li
3InCl
6電解質(zhì)合成路線，通過能量友好的溶解和后處理。乙醇介導的前體中的有機物在后處理過程中以輕氣體的形式消失。在200 ℃下加熱3 h后，可以成功制備出具有最佳熱穩(wěn)定性和離子電導率（0.79 mS cm
-1, 2 0℃）的Li
3InCl
6。此外，還發(fā)現(xiàn)Li
3InCl
6的離子電導率與(131)面/(001)面的峰強度比正相關，因為晶面和擇優(yōu)取向可以直接影響鋰離子在晶體導體中遷移的多面體。組裝后的LiNi
0.8Co
0.1Mn
0.1O
2/Li
3InCl
6/Li
10GeP
2S
12/Li-In電池在0.05 C時具有174.8 mAh g
-1的高初始充電容量和122.9 mAh g
-1的良好倍率性能。特別是保持率 200次循環(huán)后充電容量可達94.8%。 乙醇介導合成的 Li
3InCl
6 是一種新型電解質(zhì)，可與高壓正極耦合，應用于全固態(tài)鋰金屬電池。
圖 1. (a) 本工作中乙醇介導的鹵化物電解質(zhì)合成路線示意圖。 (b) 透明溶液和獲得的前體的光學圖像，前體粉末的 SEM 微觀形貌。 (c) 乙醇介導的前體的 XRD 圖譜。 (d) 乙醇介導前體的 FTIR 光譜。
圖 2. TGA-MS 結(jié)果：(a) 在 Ar 下在 40 至 360 °C 下測試的乙醇介導前體的 TGA。 (b) 對應的MS結(jié)果在40~360°C范圍內(nèi)，TGA加熱過程中可能釋放出不同m/z值的氣體。 (c) 通過加熱乙醇介導的前體合成 Li
3InCl
6 電解質(zhì)的機理示意圖。
圖 3. (a) Li
3InCl
6-3 的微觀形貌。(b) 通過乙醇介導的途徑合成的鹵化物電解質(zhì)的 XRD 圖譜。(c) 數(shù)據(jù)庫中 Li
3InCl
6 的典型晶體結(jié)構(gòu)（ICSD No. 04-009-9027）。（d）根據(jù)（b）中的 XRD 圖案，（131）面與（001）面的相對峰強度。(e) 通過乙醇介導的途徑制備的鹵化物電解質(zhì)的晶格參數(shù)變化趨勢。
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圖 4. (a) 計算的對分布函數(shù) G(r)、(b) Li 1s、(c) Cl 2p 和 (d) 制備的 Li
3InCl6 的 In 3d X 射線光電子光譜。(e) Li
3InCl
6-1、(f) Li
3InCl
6-3 和 (g) Li
3InCl
6-6 的 TGA 曲線。
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圖 5. (a) Li
3InCl
6-3 和入口的循環(huán)伏安圖 (CV) 是用于 CV 測試的不對稱電池組裝示意圖。 (b) 鹵化物電解質(zhì)在 20 ℃ 時的典型奈奎斯特圖，入口是它們相應的離子電導率。（c）根據(jù)實驗測量的離子電導率與溫度（35-95°C）計算的擴散率。 該線是適合數(shù)據(jù)的 Arrhenius。 (d) 用于 EIS 測試的對稱電池組裝示意圖和該電池的相應等效電路。 (e) XRD 圖案和 (f) 在環(huán)境空氣 (RH = 30%) 暴露后重新加熱的 Li3InCl6-3 的典型奈奎斯特圖。
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圖 6. (a) 這項工作中 ASSLMB 的示意圖。(b) 循環(huán)前原始 LiNi
0.8Co
0.1Mn
0.1O
2 基復合正極粉末的 EDS 映射。ASSLMB 與 Li
3InCl
6-3在室溫下的電化學性能：(c) 0.1 C 下的循環(huán)性能（前兩個圓圈在 0.05 C 下激活電池）。(d) 200 個循環(huán)中前三個循環(huán)的恒電流充放電電壓曲線。(e) ASSLMB 中復合陰極顆粒在 200 次循環(huán)后的表面微觀形貌。(f) 在 0.05 C、0.1 C、0.3 C、0.5 C、0.8 C 和 1 C 時的倍率性能。
相關研究成果由浙江大學Xiuli Wang等人2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c06216)上。原文：A Novel Ethanol-Mediated Synthesis of Superionic Halide Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium–Metal Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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