Integrated design of ultrathin crosslinked network polymer electrolytes for flexible and stable all-solid-state lithium batteries

材料科学 电解质 化学工程 离子电导率 准固态 聚合物 复合材料 纳米技术 电极 色素敏化染料 工程类 物理化学 化学
作者
Shujing Wen,Chao Luo,Qingrong Wang,Zhenyao Wei,Yanxiang Zeng,Yidong Jiang,Guangzhao Zhang,Hongli Xu,Jun Wang,Chaoyang Wang,Jian Chang,Yonghong Deng
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:47: 453-461 被引量:128
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.02.035
摘要

All-solid-state lithium batteries (ASSLBs) are promising power sources for flexible and wearable electronics due to their high energy density and reliable safety. Here, we reported the novel design of an ultrathin crosslinked solid polymer electrolyte (SPE) with high ion conductivities at room temperature (RT), high mechanical strength, and fast interfacial charge transport for flexible ASSLBs. The SPE is synthesized by one-step in-situ crosslinked polymerization of 1, 3-dioxolane, and trimethylolpropane triglycidyl ether within a lithium nitrate-containing mesoporous polymer (LP) matrix. The three-dimensional crosslinked polymer network enables the composite SPE with high RT ionic conductivity of 3.0 × 10−4 S cm−1 and improved oxidation stability. The LP matrix could promote the formation of hybrid Li3N/LiF interfacial layers on both sides of the SPE, resulting in uniform lithium deposition. The symmetric cell of Li/SPE/Li can be cycled with an extremely small overpotential of 45 mV for 1000 cycles. The integrated paper-type pouch cell could retain high capacities retention (>90%), negligible voltage fluctuation (<50 mV), and high operation safety during 2000 cycles of bending (bending radius: 5 mm). This work offers a feasible pathway for developing an ultrathin solid-state electrolyte with high ionic conductivities, excellent interfacial compatibility, and high mechanical robustness for flexible ASSLBs.
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