Multisite Crosslinked Poly(ether‐urethane)‐Based Polymer Electrolytes for High‐Voltage Solid‐State Lithium Metal Batteries

材料科学 电解质 聚合物 化学工程 离子电导率 乙醚 阴极 锂(药物) 电导率 电极 高分子化学 复合材料 物理化学 有机化学 化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Fei Pei,Yimeng Huang,Lin Wu,Shiyuan Zhou,Qi Kang,Lin Wenjie,Yaqi Liao,Yi Zhang,Kai Huang,Yue Shen,Lixia Yuan,Shi‐Gang Sun,Zhen Li,Yunhui Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202409269
摘要

Abstract Utilizing solid‐state polymer electrolytes (SPEs) in high‐voltage Li‐metal batteries is a promising strategy for achieving high energy density and safety. However, the SPEs face the challenges such as undesirable mechanical strength, low ionic conductivity and incompatible high‐voltage interface. Here, a novel crosslinked poly(ether‐urethane)‐based SPE with a molecular cross‐linked structure is fabricated to create high‐throughput Li + transport pathway. The amino‐modified Zr‐porphyrin‐based metal‐organic frameworks (ZrMOF) are introduced as multisite cross‐linking nodes and polymer chain extenders. The abundant ether/ketonic‐oxygen and Lewis acid sites in the SPE achieve high Li + conductivity (5.7 × 10 −4 S cm −1 at 30 °C) and Li + transference number (0.84). The interpenetrating cross‐linked structure of SPE with robust mechanical strength results in a record cycle life of 8000 h in Li||Li symmetric cell. The high structural stability of ZrMOF and abundant electron‐withdrawing urethane/ureido groups in the SPE with high oxidation potential (5.1 V) enables a discharge capacity of 182 mAh g −1 at 0.3 C over 500 cycles in a LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ||Li cell. Remarkably, a high energy density of 446 Wh kg −1 in a 1.5‐Ah pouch cell is obtained with high loading cathode (≈4 mAh cm −2 ), demonstrating a great prospect of the current SPE for practical application in solid‐state, high‐voltage Li‐metal batteries.
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