In-situ formation of quasi-solid polymer electrolyte for improved lithium metal battery performances at low temperatures

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作者
Wenhao Ren,Yafang Zhang,Ruixin Lv,Shiyuan Guo,Wenjia Wu,Yong Liu,Jingtao Wang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:542: 231773-231773 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231773
摘要

Solid-state polymer electrolytes, featuring excellent processability and flexibility, have received considerable attentions. However, the inherent low ionic conductivity, especially at subzero temperatures, limits their widespread application. Herein, quasi-solid polymer electrolyte (QSPE) with high low-temperature ionic conduction ability is prepared by in-situ ring-opening polymerization of 1,3-Dioxlane with fluoroethylene carbonate (FEC) as plasticizer. The in-situ polymerization imparts good interface contact between QSPE and electrode. The addition of FEC improves the chain mobility and facilitates the dissociation of LiTFSI, giving QSPE a remarkable ionic conductivity and Li + transference number (2.4 × 10 −5 S cm −1 at −60 °C and 0.55 at −20 ° C), two orders of magnitude and 2.3 times higher than those of liquid electrolyte, respectively. As a result, the Li/QSPE/Li cell without significant polarization is obtained, which can operate at 0.2 mA cm −2 and 0 °C for 850 h. Moreover, the LiFePO 4 /Li cell exhibits excellent cycling stability at 0.2 C and 0 °C: its capacity remains 125.2 mAh g −1 at 400th cycle, exceeding most polymer electrolytes. Even at −20 °C, a discharge capacity of 73.3 mAh g −1 is obtained at 100th cycle under 0.2 C. • QSPE is prepared by in-situ polymerization of DOL with FEC as plasticizer. • In-situ polymerization imparts good interface contact between QSPE and electrode. • The presence of FEC improves chain mobility and promotes lithium salt dissociation. • High ionic conductivity of 1.69 × 10 −4 S cm −1 at −40 °C is achieved. • A high cell performance of 73.3 mAh g −1 after 100 cycles at −20 °C is obtained.
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