硫化物固态电解质氧化降解机制的原子尺度洞察
材料科学
2023-10-03 v1
摘要
固态电解质的电化学降解是固态电池发展的主要障碍，所形成的固-固界面相（SSI）对固态电池性能起着关键作用。本研究结合实验 X 射线吸收谱（XAS）测量、第一性原理模拟与无监督机器学习，以基准 Li3PS4（LPS）电解质为模型体系，揭示了硫化物电解质界面处的原子尺度氧化降解机制。降解始于初始脱锂时 Li 近邻对 S 原子亲和力的下降，随后随着 PS4 四面体的变形形成 S-S 键。首次脱锂循环后，PS4 基元发生强烈畸变，PS3 基元开始形成。我们识别了局域结构演化的谱学指纹：在脱锂过程中，P K 边 XAS 主峰展宽并向高能方向移动约 2.5 eV，S K 边 XAS 在 2473 eV 处出现新峰。这些谱学指纹可作为超越 LPS 的磷硫化物固态电解质电化学稳定性的表征依据，如 argyrodite Li6PS5Cl 所示。我们观察到 PS4 四面体的强烈畸变与破坏以及 S-S 键的形成与界面阻抗增大相关。据我们所知，本研究首次展示了 LPS 电解质氧化降解机制的原子尺度洞察，可为通过微结构工程调控宏观反应提供指导，更一般地，可推进硫化物电解质的理性设计。
引用
@article{arxiv.2310.00794,
title = {Atomic Insights into the Oxidative Degradation Mechanisms of Sulfide Solid Electrolytes},
author = {Chuntian Cao and Matthew R. Carbone and Cem Komurcuoglu and Jagriti S. Shekhawat and Kerry Sun and Haoyue Guo and Sizhan Liu and Ke Chen and Seong-Min Bak and Yonghua Du and Conan Weiland and Xiao Tong and Dan Steingart and Shinjae Yoo and Nongnuch Artrith and Alexander Urban and Deyu Lu and Feng Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.00794},
year = {2023}
}