A Dielectric MXene‐Induced Self‐Built Electric Field in Polymer Electrolyte Triggering Fast Lithium‐Ion Transport and High‐Voltage Cycling Stability

电解质 材料科学 离子电导率 电场 电介质 电导率 化学 电化学 化学物理 化学工程 纳米技术 光电子学 电极 物理化学 物理 量子力学 工程类
作者
Baolin Zhang,Yufeng Su,Yangyang Chen,Shengguang Qi,Mianrui Li,Wenwu Zou,Guoxing Jiang,Weifeng Zhang,Yuqing Gao,Chenhui Pan,Huiyu Song,Zhiming Cui,Chuanfang Zhang,Zhenxing Liang,Li Du
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (25)
标识
DOI:10.1002/anie.202403949
摘要

Abstract Quasi‐solid polymer electrolyte (QPE) lithium (Li)‐metal battery holds significant promise in the application of high‐energy‐density batteries, yet it suffers from low ionic conductivity and poor oxidation stability. Herein, a novel self‐built electric field (SBEF) strategy is proposed to enhance Li + transportation and accelerate the degradation dynamics of carbon‐fluorine bond cleavage in LiTFSI by optimizing the termination of MXene. Among them, the SBEF induced by dielectric Nb 4 C 3 F 2 MXene effectively constructs highly conductive LiF‐enriched SEI and CEI stable interfaces, moreover, enhances the electrochemical performance of the QPE. The related Li‐ion transfer mechanism and dual‐reinforced stable interface are thoroughly investigated using ab initio molecular dynamics, COMSOL, XPS depth profiling, and ToF‐SIMS. This comprehensive approach results in a high conductivity of 1.34 mS cm −1 , leading to a small polarization of approximately 25 mV for Li//Li symmetric cell after 6000 h. Furthermore, it enables a prolonged cycle life at a high voltage of up to 4.6 V. Overall, this work not only broadens the application of MXene for QPE but also inspires the great potential of the self‐built electric field in QPE‐based high‐voltage batteries.
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