Lithium superionic conductors with the argyrodite structure Li6PS5X (X = Cl, Br, I) are considered as suitable candidates for the fabrication of all-solid-state batteries (SSB) facilitating Li metal anodes. The use of metal anodes is required to achieve SSB with high energy densities, however, the thermodynamic stability of the different argyrodites in contact with Li metal has not been systematically investigated yet. The stability against lithium metal is of practical interest for long-term stability of SSB utilizing argyrodites. Here, data on the stability of Li6PS5X (X = Cl, Br, I) in contact with Li metal are reported, obtained from an in situ X-ray photoemission technique in combination with time-resolved impedance spectroscopy. In contact with Li metal, Li6PS5X decomposes into an interphase composed of Li3P, Li2S and LiX, which serves as an SEI and results in an increasing interfacial resistance. The growth of the SEI and the resulting resistance evolution is further analyzed in terms of its kinetics and is compared to other thiophosphate superionic conductors. Li6PS5I is found to show particularly strong SEI formation with severe resistance growth.

Altering the composition of the spacer layers present in iron-based superconductors is one strategy for increasing the temperature below which they superconduct. Now, intercalating FeSe with molecular spacer layers is also shown to enhance the superconducting transition temperature. The discovery of high-temperature superconductivity in a layered iron arsenide1 has led to an intensive search to optimize the superconducting properties of iron-based superconductors by changing the chemical composition of the spacer layer between adjacent anionic iron arsenide layers2,3,4,5,6,7. Superconductivity has been found in iron arsenides with cationic spacer layers consisting of metal ions (for example, Li+, Na+, K+, Ba2+) or PbO- or perovskite-type oxide layers, and also in Fe1.01Se (ref. 8) with neutral layers similar in structure to those found in the iron arsenides and no spacer layer. Here we demonstrate the synthesis of Lix(NH2)y(NH3)1−yFe2Se2 (x~0.6; y~0.2), with lithium ions, lithium amide and ammonia acting as the spacer layer between FeSe layers, which exhibits superconductivity at 43(1) K, higher than in any FeSe-derived compound reported so far. We have determined the crystal structure using neutron powder diffraction and used magnetometry and muon-spin rotation data to determine the superconducting properties. This new synthetic route opens up the possibility of further exploitation of related molecular intercalations in this and other systems to greatly optimize the superconducting properties in this family.

The local structure phase diagram of (Li₂S)_x(P₂S₅)_100−x thiophosphates derived from pair distribution function crystallization experiments.

Low lithium-ion migration barriers have recently been associated with low average vibrational frequencies or phonon band centers, further helping identify descriptors for superionic conduction. To further explore this correlation, here we present the computational screening of ∼14,000 Li-containing compounds in the Materials Project database using a descriptor based on lattice dynamics reported recently to identify new promising Li-ion conductors. An efficient computational approach was optimized to compute the average vibrational frequency or phonon band center of ∼1,200 compounds obtained after pre-screening based on structural stability, band gap, and their composition. Combining a low computed Li phonon band center with large computed electrochemical stability window and structural stability, 18 compounds were predicted to be promising Li-ion conductors, one of which, Li3ErCl6, has been synthesized and exhibits a reasonably high room-temperature conductivity of 0.05-0.3 mS/cm, which shows the promise of Li-ion conductor discovery based on lattice dynamics.