A locally solvent-tethered polymer electrolyte for long-life lithium metal batteries

金属锂 电解质 锂(药物) 聚合物电解质 聚合物 溶剂 金属 材料科学 化学 化学工程 高分子化学 有机化学 离子电导率 电极 医学 物理化学 工程类 内分泌学
作者
Yanfei Zhu,Zhoujie Lao,Mengtian Zhang,Tingzheng Hou,Xiao Xiao,Zhihong Piao,Gongxun Lu,Zhiyuan Han,Runhua Gao,Lu Nie,Xinru Wu,Yanze Song,Chaoyuan Ji,Jian Wang,Guangmin Zhou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:66
标识
DOI:10.1038/s41467-024-48078-7
摘要

Abstract Solid polymer electrolytes exhibit enhanced Li + conductivity when plasticized with highly dielectric solvents such as N,N-dimethylformamide (DMF). However, the application of DMF-containing electrolytes in solid-state batteries is hindered by poor cycle life caused by continuous DMF degradation at the anode surface and the resulting unstable solid-electrolyte interphase. Here we report a composite polymer electrolyte with a rationally designed Hofmann-DMF coordination complex to address this issue. DMF is engineered on Hofmann frameworks as tethered ligands to construct a locally DMF-rich interface which promotes Li + conduction through a ligand-assisted transport mechanism. A high ionic conductivity of 6.5 × 10 −4 S cm −1 is achieved at room temperature. We demonstrate that the composite electrolyte effectively reduces the free shuttling and subsequent decomposition of DMF. The locally solvent-tethered electrolyte cycles stably for over 6000 h at 0.1 mA cm −2 in Li | |Li symmetric cell. When paired with sulfurized polyacrylonitrile cathodes, the full cell exhibits a prolonged cycle life of 1000 cycles at 1 C. This work will facilitate the development of practical polymer-based electrolytes with high ionic conductivity and long cycle life.
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