In Situ Formation of Gel Electrolyte with Enhanced Diffusion Kinetics and Stability for Achieving Fast‐Charging Li‐Ion Batteries

材料科学 电解质 动力学 扩散 离子 原位 化学工程 化学物理 纳米技术 电极 热力学 物理化学 有机化学 工程类 化学 物理 量子力学
作者
Xiaofei Liu,Leyi Guo,Qian Zhang,Jian Wang,Hongzhen Lin,Gaunwu Li,Xing Ou,Dong Wang,Weitao Zheng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202408525
摘要

Abstract In situ formation of gel polymer electrolytes (GPE) has been a promising candidate to address individual limitations of liquid/solid electrolytes and interfacial stability. However, the controllable conversion of liquid electrolyte (LE) precursor to GPE remains a great challenge with lower lithium‐ion transport, which is far from the demand for fast‐charging properties. Herein, a strategy of gradient polymerization of forming GPE is pioneered, stabilizing the electrolyte/electrode interface with an accelerated Li + migration feature. As demonstrated by theoretical simulations and visualization experiment results, the formation mechanism of GPE via a partial inhibitory mechanism of Lithium nitrate (LiNO 3 ) to control the solvent polymerization is comprehensively investigated, exhibiting the preferential interaction between nitrate anion (NO 3 − ) and the Lewis acidic site in lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI). Consequently, a stable amorphous GPE with high Li + conductivity (5.10 mS cm −1 ) and an inorganic solid electrolyte interphase (SEI)‐dominate layer derived from spectroscopical measurements are achieved on the graphite electrode surface. The as‐prepared lithium iron phosphate (LFP)||graphite pouch cell stabilizes the capacity of 109.80 mAh g −1 (capacity retention: 80.02%) after 715 cycles at 5 C/1 C (charge/discharge), corresponding to the energy density of 277.64 Wh kg −1 . This work provides a facile but practical approach to designing a highly stable GPE for fast‐charging lithium‐ion batteries.
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