卤化物电解质因其高离子电导率和与高压电极良好的相容性而成为无机固态电解质中的后起之秀。 然而，与液体介导的路线相比，它们的传统合成方法（包括球磨退火）通常是能量密集型且耗时的。 更重要的是，考虑到微量水对电池性能的不利影响，水溶液中的唯一方法并不完美。 在这里，我们提出了一种新的乙醇介导的超离子Li₃InCl₆电解质合成路线，通过能量友好的溶解和后处理。乙醇介导的前体中的有机物在后处理过程中以轻气体的形式消失。在200 ℃下加热3 h后，可以成功制备出具有最佳热稳定性和离子电导率（0.79 mS cm^-1, 2 0℃）的Li₃InCl₆。此外，还发现Li₃InCl₆的离子电导率与(131)面/(001)面的峰强度比正相关，因为晶面和择优取向可以直接影响锂离子在晶体导体中迁移的多面体。组装后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂/Li₃InCl₆/Li₁₀GeP₂S₁₂/Li-In电池在0.05 C时具有174.8 mAh g^-1的高初始充电容量和122.9 mAh g^-1的良好倍率性能。特别是保持率 200次循环后充电容量可达94.8%。 乙醇介导合成的 Li₃InCl₆ 是一种新型电解质，可与高压正极耦合，应用于全固态锂金属电池。
 
 
图 1. (a) 本工作中乙醇介导的卤化物电解质合成路线示意图。  (b) 透明溶液和获得的前体的光学图像，前体粉末的 SEM 微观形貌。  (c) 乙醇介导的前体的 XRD 图谱。  (d) 乙醇介导前体的 FTIR 光谱。
 

图 2. TGA-MS 结果：(a) 在 Ar 下在 40 至 360 °C 下测试的乙醇介导前体的 TGA。  (b) 对应的MS结果在40~360°C范围内，TGA加热过程中可能释放出不同m/z值的气体。  (c) 通过加热乙醇介导的前体合成 Li₃InCl₆ 电解质的机理示意图。
 
 
图 3. (a) Li₃InCl₆-3 的微观形貌。(b) 通过乙醇介导的途径合成的卤化物电解质的 XRD 图谱。(c) 数据库中 Li₃InCl₆ 的典型晶体结构（ICSD No. 04-009-9027）。（d）根据（b）中的 XRD 图案，（131）面与（001）面的相对峰强度。(e) 通过乙醇介导的途径制备的卤化物电解质的晶格参数变化趋势。
 
 
图 4. (a) 计算的对分布函数 G(r)、(b) Li 1s、(c) Cl 2p 和 (d) 制备的 Li₃InCl6 的 In 3d X 射线光电子光谱。(e) Li₃InCl₆-1、(f) Li₃InCl₆-3 和 (g) Li₃InCl₆-6 的 TGA 曲线。
 
 
图 5. (a) Li₃InCl₆-3 和入口的循环伏安图 (CV) 是用于 CV 测试的不对称电池组装示意图。  (b) 卤化物电解质在 20 ℃ 时的典型奈奎斯特图，入口是它们相应的离子电导率。（c）根据实验测量的离子电导率与温度（35-95°C）计算的扩散率。 该线是适合数据的 Arrhenius。  (d) 用于 EIS 测试的对称电池组装示意图和该电池的相应等效电路。  (e) XRD 图案和 (f) 在环境空气 (RH = 30%) 暴露后重新加热的 Li3InCl6-3 的典型奈奎斯特图。
 

图 6. (a) 这项工作中 ASSLMB 的示意图。(b) 循环前原始 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ 基复合正极粉末的 EDS 映射。ASSLMB 与 Li₃InCl₆-3在室温下的电化学性能：(c) 0.1 C 下的循环性能（前两个圆圈在 0.05 C 下激活电池）。(d) 200 个循环中前三个循环的恒电流充放电电压曲线。(e) ASSLMB 中复合阴极颗粒在 200 次循环后的表面微观形貌。(f) 在 0.05 C、0.1 C、0.3 C、0.5 C、0.8 C 和 1 C 时的倍率性能。
  
       相关研究成果由浙江大学Xiuli Wang等人2022年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号