​Angew：高熵锂硫银锗矿固态电解质助力稳定全固态电池

超离子固态电解质（SEs）对于大容量固态电池（SSBs）的应用至关重要。多组分超离子固态电解质因其良好的电荷传输特性而备受关注，但人们对构型熵（ΔSconf）如何影响离子电导率还缺乏透彻的了解。

图1. 卤素取代的锂硫银锗矿电解质的结构表征

卡尔斯鲁厄理工学院Richard B. Kaner等成功合成了一系列富含卤素的锂硫银锗矿，其通式为Li_5.5PS_4.5Cl_xBr_1.5-x（0 ≤ x ≤ 1.5）。通过结合使用高分辨率中子粉末衍射（NPD）和³¹P魔角自旋（MAS）核磁共振（NMR）光谱，作者发现阴离子占据了4a和4d Wyckoff 位点，这也影响了锂的亚结构。此外，这项工作通过与温度相关的EIS和⁷Li PFG NMR光谱测试揭示了电荷传输特性。

研究表明， S^2-/Cl^–/Br^–无序度的增加（可以构型熵的形式表示）可导致超快的锂离子动力学，这反映在1.4×10^-11 m² s^-1的锂扩散系数（29℃），以及冷压状态下9.6 mS cm^-1的离子电导率和 22.7 mS cm^-1的体相离子电导率（25℃）。

图2. Li_5.5PS_4.5Cl_xBr_1.5−x样品的电荷输运特性

由于使用了廉价的前驱体，这种材料适合大规模应用。总之，该研究结果表明，锂硫银锗矿阴离子亚晶格中的成分紊乱直接促进了离子扩散，这意味着电导率会随着构型熵的增加而增加。

此外，电导率最高的样品Li_5.5PS_4.5Cl_0.8Br_0.7作为SE在SSB电池中进行了测试，它可以稳定循环700次以上（几乎没有容量衰减），这表明它适合工业应用。因此，通过增加构型熵来提高离子电导率的概念可能会为开发先进的SE铺平道路。

图3. SSB电池的电化学循环

High-Entropy Lithium Argyrodite Solid Electrolytes Enabling Stable All-Solid-State Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202314155