非晶态Li–P–S电解质中锂离子扩散的最佳组成和密度的起源

《Advanced Energy Materials》：Origin of Optimal Composition and Density for Li-Ion Diffusion in Amorphous Li–P–S Electrolytes

非晶态固态电解质Li2S-P2S5的离子电导率受短程动力学主导，Li-S4配位环境和孔隙演化是关键结构因素。研究通过AI模拟发现，常规描述符无法完全解释扩散趋势，最优电导率出现在Li3PS4附近，过量自由体积抑制传导。

　　

摘要

非晶态固体电解质（SEs）由于其机械柔韧性和各向同性的离子传输特性，成为下一代固态电池的理想候选材料。然而，由于缺乏长程有序结构，人们对其离子导电机制的理解一直受到限制。在此，我们利用基于人工智能的模拟方法研究了Li₂S–P₂S₅玻璃在广泛组成-密度范围内的性能。结果表明，传统的描述参数——密度、锂含量和多阴离子分布——只能部分解释其扩散趋势。通过将离子传输过程分解为短程和长程两个部分，我们发现导电性主要受短程动力学控制。进一步分析指出两个关键的结构因素：Li–S₄配位环境（有助于稳定离子跳跃过程）以及孔隙结构的变化（区分了可用的扩散通道和无效的孔隙）。这一双重机制解释了在Li₃PS₄化学计量比附近出现最佳导电性的现象，并阐明了为什么过大的自由体积会抑制离子传输。总体而言，我们的研究结果为非晶态固体中的离子导电机制提供了理论基础，并为高性能玻璃电解质的设计提供了指导原则。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

由于本研究未产生或分析新的数据，因此不适用数据共享规定。