Machine learning-guided discovery of ionic polymer electrolytes for lithium metal batteries

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作者
Kai Li,Jifeng Wang,Yuanyuan Song,Ying Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38493-7
摘要

Abstract As essential components of ionic polymer electrolytes (IPEs), ionic liquids (ILs) with high ionic conductivity and wide electrochemical window are promising candidates to enable safe and high-energy-density lithium metal batteries (LMBs). Here, we describe a machine learning workflow embedded with quantum calculation and graph convolutional neural network to discover potential ILs for IPEs. By selecting subsets of the recommended ILs, combining with a rigid-rod polyelectrolyte and a lithium salt, we develop a series of thin (~50 μm) and robust (>200 MPa) IPE membranes. The Li|IPEs|Li cells exhibit ultrahigh critical-current-density (6 mA cm −2 ) at 80 °C. The Li|IPEs|LiFePO 4 (10.3 mg cm −2 ) cells deliver outstanding capacity retention in 350 cycles (>96% at 0.5C; >80% at 2C), fast charge/discharge capability (146 mAh g −1 at 3C) and excellent efficiency (>99.92%). This performance is rarely reported by other single-layer polymer electrolytes without any flammable organics for LMBs.
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