Rigid–Flexible Coupling High Ionic Conductivity Polymer Electrolyte for an Enhanced Performance of LiMn2O4/Graphite Battery at Elevated Temperature

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作者
Pu Hu,Yulong Duan,Deping Hu,Bingsheng Qin,Jianjun Zhang,Qingfu Wang,Zhihong Liu,Guanglei Cui,Liquan Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:7 (8): 4720-4727 被引量:114
标识
DOI:10.1021/am5083683
摘要

LiMn2O4-based batteries exhibit severe capacity fading during cycling or storage in LiPF6-based liquid electrolytes, especially at elevated temperatures. Herein, a novel rigid–flexible gel polymer electrolyte is introduced to enhance the cyclability of LiMn2O4/graphite battery at elevated temperature. The polymer electrolyte consists of a robust natural cellulose skeletal incorporated with soft segment poly(ethyl α-cyanoacrylate). The introduction of the cellulose effectively overcomes the drawback of poor mechanical integrity of the gel polymer electrolyte. Density functional theory (DFT) calculation demonstrates that the poly(ethyl α-cyanoacrylate) matrices effectively dissociate the lithium salt to facilitate ionic transport and thus has a higher ionic conductivity at room temperature. Ionic conductivity of the gel polymer electrolyte is 3.3 × 10–3 S cm–1 at room temperature. The gel polymer electrolyte remarkably improves the cycling performance of LiMn2O4-based batteries, especially at elevated temperatures. The capacity retention after the 100th cycle is 82% at 55 °C, which is much higher than that of liquid electrolyte (1 M LiPF6 in carbonate solvents). The polymer electrolyte can significantly suppress the dissolution of Mn2+ from surface of LiMn2O4 because of strong interaction energy of Mn2+ with PECA, which was investigated by DFT calculation.
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