Two-step liquid-phase synthesis of argyrodite Li6PS5Cl solid electrolyte using nonionic surfactant

Abstract

In the present work, argyrodite Li6PS5Cl sulfide solid electrolyte is prepared by a liquid phase process, consisting of two steps: (1) suspension-reaction under the ultrasonication of Li2S, P2S5, and LiCl precursors in acetonitrile and, (2) dissolution-precipitation involving the addition of ethanol/acetonitrile and solvents removal by heating at 180 °C. The effect of the addition of a nonionic surfactant on the properties of the sulfide solid electrolyte is also studied. The synthesis process allows to obtain Li6PS5Cl argyrodite solid electrolyte with high ionic conductivity of 2.0 × 10−4 S cm−1, the low activation energy of 0.22 eV, and electrochemical stability up to 5 V (vs. Li). A regular particle distribution with a size smaller than 1 μm is obtained by the addition of the surfactant. Resumen: En el presente trabajo, el electrolito sólido de sulfuro argirodita Li6PS5Cl se prepara mediante un proceso en fase líquida, que consta de 2 pasos: 1) suspensión-reacción bajo radiación ultrasónica de los precursores de Li2S, P2S5 y LiCl en acetonitrilo, y 2) disolución-precipitación que involucra la adición de etanol/acetonitrilo y eliminación de disolventes a 180 °C. También se estudia el efecto de la adición de un surfactante no iónico sobre las propiedades del electrolito sólido de sulfuro. El proceso de síntesis permite obtener electrolito sólido Li6PS5Cl con alta conductividad iónica de 2,0 × 10–4 S cm–1, baja energía de activación de 0,22 eV y estabilidad electroquímica de hasta 5 V (vs. Li). Se obtiene una distribución regular de partículas con un tamaño inferior a 1 μm mediante la adición del surfactante.

Keywords

• Electrolito sólido de sulfuro
• Síntesis en fase líquida
• Control del tamaño de partículas
• Alta conductividad iónica