全固態(tài)鋰電池（ASSLB）由于比目前的液態(tài)鋰電池有幾個關(guān)鍵的優(yōu)勢，包括更高的安全性、更好的機械/熱穩(wěn)定性，以及有可能達到能量/功率密度的要求而受到研究的關(guān)注。這給固態(tài)電解質(zhì)（SSEs）的發(fā)展帶來了巨大的推動力，因為SSEs直接影響到整個電池的性能。

無機固態(tài)電解質(zhì)（SSEs）因其在高能固態(tài)電池中的潛在用途而獲得了極大的關(guān)注。然而，人們對SSEs中快速離子傳導(dǎo)的基本機制缺乏了解。

在此，西安大略大學(xué)孫學(xué)良教授，北京理工大學(xué)蘇岳鋒教授，格林先進材料與技術(shù)研究院固態(tài)電池研究中心Liang Jianwen等人通過聯(lián)合分析方法闡明了影響SSE中離子電導(dǎo)率的關(guān)鍵參數(shù)，該方法檢查了幾種具有代表性的SSE（Li₃YCl₆、Li₃HoCl₆和Li₆PS₅Cl），這些SSE在xLiCl-InCl₃系統(tǒng)中得到了進一步驗證。電導(dǎo)率譜的標(biāo)度分析解耦了移動載流子濃度和跳躍速率對離子電導(dǎo)率的影響。

盡管載流子濃度隨溫度而變化，但僅此變化并不能導(dǎo)致電導(dǎo)率的幾個數(shù)量級差異。相反，跳躍速率和離子電導(dǎo)率隨著溫度的變化呈現(xiàn)出相同的趨勢。遷移熵是由跳躍原子從初始位置到鞍狀位置的晶格振動引起的，也被證明在Li+的快速遷移中起著重要作用。

圖1. 幾種具有代表性的SSE（Li₃YCl₆、Li₃HoCl₆和Li₆PS₅Cl）的電導(dǎo)率譜及不同溫度下的載流子濃度因子

總之，將跳躍率、載流子濃度和遷移熵對離子傳輸?shù)挠绊懡怦?，有助于設(shè)計和開發(fā)具有超離子導(dǎo)電性的固態(tài)電解質(zhì)。本工作發(fā)現(xiàn)并確定了在SSE中鋰遷移的主導(dǎo)因素。電導(dǎo)率光譜分析顯示，雖然單個SSEs的載流子濃度一般會隨著溫度的升高而增加，但這并不足以導(dǎo)致最終離子電導(dǎo)率的明顯變化。

相反，跳躍率和離子電導(dǎo)率表現(xiàn)出類似的隨溫度變化的趨勢，而且跳躍和Li⁺?電導(dǎo)率的激活能都是相似的。這表明，SSEs的離子電導(dǎo)率受移動載流子的跳躍率的影響比受其濃度的影響更強烈。結(jié)合AIMD模擬，離子傳導(dǎo)中的遷移熵貢獻被進一步確定。

圖2. 遷移熵和遷移（跳躍）率對Li+?在無機SSE內(nèi)遷移的作用機制

Hopping Rate and Migration Entropy as the Origin of Superionic Conduction within Solid-State Electrolytes, Journal of the American Chemical Society?2023 DOI:?10.1021/jacs.3c01955