Small:离子跳跃机制揭示提升无机固态电解质离子电导率策略设计

随着对于更安全,更高能量密度的电池体系的追求,全固态金属电池使用固态电解质,有效避免了液态电解质的泄露,易燃和爆炸的危险,具有极大的应用潜力。然而,作为固态电池体系中的关键组成部分,固态电解质的离子电导率通常比液态电解质低2-3个数量级,极大地限制了固态电池的发展。因此,开发具有高离子电导率的固态电解质材料迫在眉睫。

浙江大学姜银珠教授团队从离子跳跃机制出发系统总结了提高无机固态电解质离子电导率的策略。着重介绍了无机固态电解质中的离子传输机制以及影响因素,从两个方面出发:(1)构建离子的快速传输通道;(2)削弱框架离子与迁移离子之间的相互作用,详细介绍了提升离子电导率的策略。

【图1. 提升固态电解质离子电导率的策略 】

作者们首先介绍了离子在晶格中的输运模型,根据经典的离子跳跃弛豫机制总结出提高离子电导率的两个方向:传输路径与框架离子的影响。然后介绍了根据这两个方面延伸出的改进策略,包括:(1)合适的晶格结构,缺陷调控,协同输运机制;(2)声子-离子相互作用,晶格软化,结构扭曲与无序,聚阴离子的浆轮效应。由于在根据离子跳跃模型推导离子电导率的过程中,不涉及迁移离子的电荷与半径,因此,这些策略适用于不同迁移离子的离子导体,具有普适性。

论文信息:

Ion Hopping: Design Principles for Strategies to Improve Ionic Conductivity for Inorganic Solid Electrolytes

Caiyun Wang, Ben Bin Xu, Xuan Zhang, Wenping Sun, Jian Chen, Hongge Pan, Mi Yan, Yinzhu Jiang*

Small

DOI: 10.1002/smll.202107064

原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202107064