008240612s2022      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30242292
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.11
■1001  ▼aSun,  Yingzhi.
■24510▼aMaterials  Design  of  Li  Superionic  Conductors  for  All-Solid-State  Batteries▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bUniversity  of  California,  Berkeley.  ▼c2022
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2022
■300    ▼a1  online  resource(142  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Ceder,  Gerbrand.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2022.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aAs  the  use  of  lithium-ion  batteries  in  consumer  electronics  and  electric  vehicles  has  grown,  safety  issues  such  as  those  arising  from  leakage  and  flammability  of  the  organic  liquid  electrolyte  have  garnered  increased  attention.  By  replacing  the  organic  liquid  electrolyte  with  an  inorganic  solid  electrolyte,  however,  these  concerns  can  be  circumvented,  thereby  improving  the  safety  of  the  battery  system.  In  addition,  solid-state  batteries  are  also  expected  to  possess  higher  energy  density  than  their  conventional  counterparts.  On  the  anode  side,  the  high  modulus  of  the  solid  electrolyte  is  expected  to  constrain  the  growth  of  Li  dendrites,  which  might  enable  the  use  of  a  Li  metal  anode.  Furthermore,  because  some  solid  electrolytes  possess  a  wide  electrochemical  stability  window,  high-voltage  cathodes  (  4.5  V,  vs  Li+/Li)  may  be  used  to  further  improve  the  total  energy  density.The  superionic  conductor  is  one  of  the  key  parts  of  solid-state  batteries.  Over  the  past  20  years,  accelerated  development  of  Li  superionic  conductors  has  occurred.  The  ionic  conductivities  of  some  of  these  superionic  conductors  approach  or  even  surpass  those  of  liquid  electrolytes.  However,  most  reported  superionic  conductors  have  obvious  drawbacks.  New  superionic  conductors  that  meet  all  the  requirements  of  solid-state  batteries  are  needed.  There  are  two  strategies  for  exploring  new  potential  superionic  conductors:  (1)  modification  the  chemical  composition  based  on  the  crystal  structure  of  known  fast  Li  conductors  to  further  improve  the  properties  or  (2)  searching  for  Li  conductors  with  new  crystal  structures  based  on  the  structural  features  that  favor  fast  Li+  migration.  In  this  dissertation,  new  superionic  conductors  are  designed  and  explored  by  implementing  both  of  these  strategies.Specifically,  a  strategy  is  developed  to  increase  the  ionic  conductivity  of  sulfide  Li-ion  conductors  through  composition  modification.  Inspired  by  the  wide  use  of  halogens  in  superionic  conductors,  we  propose  that  the  conductivity  could  be  further  improved  by  substituting  halogens  with  suitable  pseudo-halogens.  The  Li  argyrodite  system  was  used  to  demonstrate  the  feasibility  of  this  strategy.  BH4-substituted  Li  argyrodite  was  successfully  synthesized  and  shown  to  have  a  room-temperature  ionic  conductivity  of  4.8  mS/cm  which  is  5  times  higher  than  that  of  halogen-substituted  Li  argyrodites.  We  further  discuss  the  mechanism  underlying  the  enhanced  ionic  conductivity  and  find  that  the  faster  Li  diffusion  originates  from  the  weak  interaction  between  Li  and  BH4.  The  results  provide  design  strategies  for  new  superionic  conductors  with  pseudo-halogen  substitution.We  also  present  a  structural  feature  that  benefits  the  Li-ion  migration  in  oxide  Li-ion  conductors.  Based  on  a  statistical  analysis  of  the  materials  in  the  inorganic  materials  database,  we  discovered  that  the  corner-sharing  connectivity  of  the  oxide  crystal  structure  framework  is  more  likely  to  have  a  distorted  lithium  environment  with  higher  site  energy.  Materials  with  a  corner-sharing  framework  are  also  usually  less  compact,  which  reduces  the  repulsion  from  non-lithium  cations.  Both  features  lead  to  a  decreased  migration  barrier  and  accelerate  the  Li  diffusion.  A  high-throughput  search  was  performed  based  on  this  structural  feature,  and  10  new  oxide  Li-ion  conductors  were  predicted.  One  of  them,  LiGa(SeO3)2,  was  successfully  synthesized  and  was  shown  to  have  a  bulk  conductivity  of  0.11  mS/cm,  in  agreement  with  theory  predictions.  These  findings  provide  fundamental  insights  into  the  physical  attributes  that  govern  fast  lithium  conduction  and  help  project  new  directions  towards  the  discovery  of  superionic  conductors  for  all-solid-state  batteries.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aMaterials  science.
■650  4▼aEngineering.
■650  4▼aInorganic  chemistry.
■653    ▼aElectrochemistry
■653    ▼aEnergy  storage  materials
■653    ▼aLithium-ion  batteries
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■653    ▼aSuperionic  conductor
■690    ▼a0794
■690    ▼a0488
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■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bMaterials  Science  &  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-04B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2022
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16931877▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024