11月10日消息,一篇于11月10日提交至 arXiv 的凝聚态材料科学论文(编号 arXiv:2611.13611,作者 Jiho Lee 等5人)系统研究了混合阴离子锂氧氯化物固态电解质中,氧含量如何同时决定结构框架与锂离子输运特性。

研究采用晶体结构预测结合机器学习原子间势的分子动力学模拟,考察了 Li_yMO_xCl_{6-2x} 体系(M=Nb、Ta第5族元素;Ti、Zr、Hf第4族元素)。结果显示,随氧含量增加,结构从孤立的富氯多面体演变为一维链状、进而二维和三维高连通框架;在第5族体系中,当x约0.67-1.5时锂位点形成三维渗流网络,出现快速锂扩散。

机理层面,平均力势地图与弹性带计算揭示:快速锂离子输运需要低维框架支撑长程迁移,途径欠配位、低迁移势垒的锂位点,且各锂位点能量接近。

通过细网格组分搜索,研究最终筛选出LiNbO0.67Cl4.67、LiTaO0.75Cl4.5、LiNbO1.5Cl3、LiTaO1.5Cl3四种稳定候选组成,预测其室温自扩散系数最高约10^-6 cm²/s。该工作建立了氧含量调控框架结构与锂输运的构效关系,为锂卤氧化物固态电解质的全固态电池材料设计提供了组分筛选指南。 (来源:arXiv)