锂离子电池正极涂层中的中子增强离子输运

多晶固态离子导体(PolySSICs)是全固态锂离子电池(LIBs)的关键能源材料。然而，实现与液态电解质相当的室温离子电导率($\sigma \sim 10^{-2}-10\,\mathrm{S\cdot cm^{-1}}$)仍然是一个重大挑战。在这里，我们通过实验证明，热中子辐照为在模型PolySSIC——LiBO$_2$（一种有前景的LIB电极涂层材料）中调控离子输运提供了一种有效策略。由密苏里大学研究反应堆(MURR)的E束线端口提供的高通量($\sim 10^{9}$中子$\cdot$cm$^{-2}\cdot$s$^{-1}$)热中子($\sim 25$ meV)选择性地嬗变了其天然丰度($\sim19.9\%$和$\sim7.5\%$)下的强中子吸收体$^{10}\mathrm{B}$和$^{6}\mathrm{Li}$。该过程在多晶晶粒内产生晶格空位，同时保持长程晶体学有序。此外，$^{10}$B嬗变过程中产生的$\gamma$光子释放出电子，这些电子抑制了原子位移并部分中和了与晶界处带正电的氧空位相关的空间电荷。结果，晶粒内的离子电导率提高了近$20\%$，晶界处的离子电导率提高了$80\%$以上。这些结果验证了理论预测，并展示了一种可控策略，用于增强包括LIBs在内的固态离子器件中PolySSICs的离子输运。