Na-Y-Zr-Cl 固态电解质中结构与传导性质的合成调控

在开发低成本、可持续且高能量密度电池的过程中，氯化物基化合物因其高 Na 离子电导率和氧化稳定性而成为固态电池中有前景的阴极电解质材料。然而，进一步提升 Na 离子传导能力需要理解长程与局域结构特征对这些体系输运的影响。在本研究中，我们利用不同合成方法来控制 Na-Y-Zr-Cl 固态电解质中的多晶型与阳离子无序，并探究其对 Na 离子传导的影响。我们证明了球磨形成的 Na$_2$ZrCl$_6$ 更具传导性的 P2$_1$/n 多晶型相的存在。在 Na$_3$YCl$_6$ 中，由于 Y 亚晶格上本征空位与无序的存在，R$\bar{3}$ 多晶型相比其 P2$_1$/n 对应相更具传导性。在 Na$_{2.25}$Y$_{0.25}$Zr$_{0.75}$Cl$_6$ 组成中，过渡金属有序化强烈影响 Na 离子输运，其中 Y$^{3+}$ 与 Zr$^{4+}$ 在过渡金属亚晶格上更大的混合通过在相关温度下部分激活 Cl 旋转来促进离子迁移。总体而言，Na 离子输运敏感依赖于合成过程中稳定的相与过渡金属分布。这些结果可能推广至其他卤化物组成，并表明实现对合成方案及所得结构的控制是追求改进高电压固态钠离子电池阴极电解质的关键。