掺杂改性通常用于改善硫化物固体电解质的离子导电性，但其在电解质/锂（Li）金属界面的作用尚未得到深入的研究。

近日，上海大学张久俊院士，徐毅副教授，Bing Zhao报道了重点研究了在Li₇P₃S₁₁ （LPS）中掺杂MoS₂形成固体电解质，并采用从头算分子动力学（AIMD）方法成功地预测了Mo在LPS中的掺杂位置。

文章要点

1）研究人员深入分析了Mo掺杂对Li金属与电解质界面行为的影响。模拟结果表明，添加的较大半径的Mo⁴⁺离子可以转变为MoS₄^4-，取代P₂S₇^4-双四面体而不是PS₄^3-四面体结构。通过这种方式，掺杂后Li⁺的活性范围显著增加，从而提高了离子电导率。然而，研究人员同样发现Mo的掺杂加速了Li枝晶的生长，导致Li-Li对称电池在大电流下快速短路。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，Mo元素掺杂可以显著降低SEI的界面能和Li/电解质界面Li原子的迁移速率，从而加速界面层的增厚和Li枝晶的生长。此外，少量的Li金属相会导致电荷的积累，进一步加速Li枝晶的生长。

3）不同元素（Mo、Zn、Fe、Sn和Si）的掺杂结果表明，临界电流密度与掺杂元素的电阻率呈正相关，非金属Si的掺杂不会降低临界电流密度，反而会增加临界电流密度。

研究工作对固体电解质掺杂剂的选择和电解质/Li界面SEI的构建具有重要的参考价值。

参考文献

Zhixuan Wang, Yong Jiang, Juan Wu, Yi Jiang, Wencheng Ma, Yaru Shi, Xiaoyu Liu, Bing Zhao, Yi Xu and Jiujun Zhang, Doping effects of metal cation on sulfide solid electrolyte/lithium metal interface, Nano Energy, (2020)

DOI：10.1016/j.nanoen.2021.105906

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105906