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Coordinating Anions “to the Rescue” of the Lithium Ion Mobility in Ternary Solid Polymer Electrolytes Plasticized With Ionic Liquids

材料科学 三元运算 锂(药物) 电解质 离子液体 离子 聚合物 电导率 溶剂化 无机化学 化学工程 离子电导率 有机化学 物理化学 催化作用 电极 复合材料 化学 内分泌学 工程类 程序设计语言 医学 计算机科学
作者
Jan‐Philipp Hoffknecht,Alina Wettstein,Jaschar Atik,Christian Krause,Johannes Helmut Thienenkamp,Gunther Brunklaus,Martin Winter,Diddo Diddens,Andreas Heuer,Elie Paillard
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (1) 被引量:57
标识
DOI:10.1002/aenm.202202789
摘要

Abstract Lithium salts with low coordinating anions such as bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI) have been the state‐of‐the‐art for polyethylene oxide (PEO)‐based “dry” polymer electrolytes for 3 decades. Plasticizing PEO with TFSI‐based ionic liquids (ILs) to form ternary solid polymer electrolytes (TSPEs) increases conductivity and Li + diffusivity. However, the Li + transport mechanism is unaffected compared to their “dry” counterparts and is essentially coupled to the dynamics of the polymer host matrix, which limits Li + transport improvement. Thus, a paradigm shift is hereby suggested: the utilization of more coordinating anions such as trifluoromethanesulfonyl‐ N ‐cyanoamide (TFSAM), able to compete with PEO for Li + solvation, to accelerate the Li + transport and reach a higher Li + transference number. The Li–TFSAM interaction in binary and ternary TFSAM‐based electrolytes is probed by experimental methods and discussed in the context of recent computational results. In PEO‐based TSPEs, TFSAM drastically accelerates the Li + transport (increases Li + transference number by a factor 6 and the Li + conductivity by 2–3) and computer simulations reveal that lithium dynamics are effectively re‐coupled from polymer to anion dynamics. Last, this concept of coordinating anions in TSPEs is successfully applied in LFP||Li metal cells leading to enhanced capacity retention (86% after 300 cycles) and an improved rate performance at 2C.
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