东京工业大学JACS：室温离子电导率高达2.4 mS/cm的新型固态电解质！

在室温下表现出高离子电导率的固态电解质是获得下一代更安全、比能量更高的固态电池的关键材料。然而，目前可用作超电子导体的晶体结构的数量仍然有限。

东京工业大学Ryoji Kanno等报道了一种新型固态电解质Li_1.82SiP_0.036S₃（n-Li₂SiS₃）。

图1 Li₂S-SiS₂-P₂S₅的三元图和Li₂SiS₃型固态电解质的XRD表征

这种具有四方晶体对称性的锂超离子导体n-Li₂SiS₃，具有由孤立的共享边缘四面体二聚体组成的新的三维框架结构。通过精确调整合成条件，重新排列该材料的骨架结构，引入了部分占据的间隙锂离子，可使能量分布趋于平坦，从而大大降低活化能，提高离子电导率。因此，它在室温下表现出超高的离子电导率（2.4 mS cm^-1），比之前报道的正交晶型多晶型高3个数量级。

图2 n-Li₂SiS₃的电化学性能

此外，研究显示，n-Li₂SiS₃固态电解质的电化学稳定性可达5 V，基于该电解质的LiCoO2|Li-In电池在室温和0.2 C的电流密度下获得了∼120 mAh g^-1的高可逆容量，并显示出良好的库仑效率。

这种新型固态电解质的发现将激发碱金属离子扩散的广泛基础研究，并丰富固态离子学的研究领域。这种固态电解质的框架主要由资源丰富的硅组成，其进一步优化为全固态电池的大规模应用提供了可能性。

图3 n-Li₂SiS₃和e-Li₂SiS₃结构内锂离子迁移的BVSE（键价位能）分析

Anomalously High Ionic Conductivity of Li2SiS3-Type Conductors. Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.1c13178

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