利用X射线衍射、X射线吸收断层扫描和离子测量技术对Li3PS4和Li6PS5Cl固体电解质进行高压致密化研究

《Advanced Functional Materials》：High Pressure Densification Investigation of Li3PS4 and Li6PS5Cl Solid Electrolytes using Combine X-Ray Diffraction, X-Ray Absorption Tomography and Ionic Measurement

　　

摘要

适当密实化硫磷酸盐固体电解质对于提高离子传输性能、防止枝晶形成以及确保机械稳定性至关重要。然而，由于缺乏能够实时监测结构和形态变化的技术，实现最佳密实化仍然具有挑战性。我们设计了一种特定的密封高压电池和夹具，可以原位研究非晶态（Li₃PS₄）和晶态（Li₆PS₅Cl）硫化物基固体电解质。利用SOLEIL同步加速器上的Psiché光束线的X射线计算机断层扫描和衍射技术，我们对样品在高达3700 MPa的单轴压缩下的行为进行了研究。我们将结构、密度和孔隙率的演变与通过电化学阻抗谱获得的离子导电性测量结果进行了关联。研究结果表明存在两个密实化阶段：首先是晶界孔隙的闭合，随后是通过消除晶内孔隙来实现结构密实化。Li₃PS₄的孔隙率减少速度比Li₆PS₅Cl更快，这反映了其较低的硬度。在500 MPa以上，离子导电性下降，可能是由于晶格收缩和Li⁺迁移障碍增加所致。减压后，两种材料的导电性均表现出不可逆的提高，这归因于塑性密实化和结构无序度的增加。这些发现突显了微观结构控制和压制条件在优化硫化物基固体电解质电化学性能中的关键作用。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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