无机硫化物固态电解质，特别是Li₆PS₅X（X = Cl、Br、I），由于其高离子电导率和低成本，被认为是开发全固态电池的可行材料。然而，这类固态电解质在潮湿空气环境中存在结构和化学不稳定的问题，并且缺乏与层状氧化物正极活性材料的相容性。

近日，中科院物理所Fan Wu报道了各种Li_6+xM_xAs_1-xS₅I(M=Si,Sn)硫化物SE的合成和表征。

文章要点

1）Li_6+xM_xAs_1-xS₅I族的离子电导率可以通过调节掺杂浓度来调节，已知的SELi_6.8Si_0.8As_0.2S₅I(LASI-80Si)在25 °C时达到10.4 mS cm⁻¹。该值比母相Li₆AsS₅I(LASI)高三个数量级，因为异价取代引入了额外的Li⁺离子落入高能晶格位点（即Li3和Li4位点）。这打开了笼间迁移通道并激活了协同迁移，从而将激活能从0.69eV大幅降低至0.17eV。

2）此外，由于软酸As5+和软碱S2−之间的紧密键合以及Li₂S和LiI引发的竞争反应，LASI-80Si比磷基锂银矿Li₆PS₅X（X=Cl，Br，I）具有更好的空气稳定性。

3）此外，Li₂S和LiI引起的高离子电导率、界面钝化效应和Li⁺补充效应共同有助于提高Li-In||TiS₂全固态电池结构中LASI80Si在30℃下的电化学储能性能，包括高比容量（在0.76 mA cm⁻²时为222.3 mAh g⁻¹）、初始库仑效率（CE，在0.76 mA cm⁻²时为99.06%）、长循环寿命（在2.44 mA cm⁻²时几乎可循环62,500次）、不错功率性能（高达24.45 mA cm⁻²）、高电极质量负载（例如，44.56 mg cm⁻²）和面积容量（例如，0.53 mA cm⁻²时为9.26 mAh cm⁻²）。此外，用Si替代大部分As还显着降低了Li_6+xM_xAs_1-xS₅I族的成本和毒性，这对于实际应用和大规模生产至关重要。

参考文献

Lu, P., Xia, Y., Sun, G. et al. Realizing long-cycling all-solid-state Li-In||TiS2 batteries using Li6+xMxAs1-xS5I (M=Si, Sn) sulfide solid electrolytes. Nat Commun 14, 4077 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-39686-w

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39686-w