Exploring Charged Defects and Dopability Limits of Solid Electrolytes, a Computational Study
Notice bibliographique
Résumé
All-Solid-State Lithium Batteries (ASSLBs) are a new generation of lithium batteries that is developed to meet high expectations in terms of safety, stability and high energy density. The liquid electrolyte of conventional Li-ion batteries is replaced in ASSLBs by a safer and more stable solid electrolyte (SE). These solid electrolytes must meet a number of requirements before they can be considered in ASSLBs, including a wide electrochemical stability window, a high ionic conductivity and a negligible electronic conductivity [1] . For a long time, researchers have focused on achieving the highest ionic conductivity possible on these materials, comparable to the one of liquid electrolytes. The ionic conductivity in SEs has been successfully increased by the introduction of defects (doping) and Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 and Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 solid electrolytes are both excellent examples of such achievement. However, the formation of defects can also have a significant effect on the SEs electronic conductivity [2] , [ 3] , [ 4] . Increasing the electronic conductivity in solid electrolytes is detrimental to the ASSLBs safety and integrity. Therefore, it is essential to understand the defect chemistry in SEs. Due to their negligible concentration, characterizing point defects is hardly possible using standard characterization techniques, justifying the need for first-principles calculations. In this work, we have investigated the defect chemistry of most common solid electrolytes (LixM2(PO4)3 (M = Zr, Ti, Ge, Al), Li7La3Zr2O12, LiLaTi2O6, Li10Ge(PS6)2, Li7P3S11, Li3PS4, Li3PO4 and LiPO3). For each SE, we computed the formation energies for intrinsic defects and assessed the dopability limits as a function of the synthesis conditions. We found that the position of the Fermi level and dopability limits depend strongly on lithium and oxygen/sulfur chemical potentials but also on the nature of the solid electrolyte. We advocate that it is imperative to better regulate the synthesis conditions if we want to gain control over the formation of defects in solid electrolytes. The outcoming properties of these materials, such as the ionic and electronic conductivities, depend on it. [1] N. Dudney. Springer. 2003, 624-642. [2] E. Zhao et al. J. Alloys Comp. 2019. 782, 384-391. [3] Y. Song et al. J. Mat. Chem. A. 2019, 7(40), 22898-22902. [4] Y. Shan et al. J. Power Sources. 1995, 54(2), 397-402.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».