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Facile In Situ Chemical Cross-Linking Gel Polymer Electrolyte, which Confines the Shuttle Effect with High Ionic Conductivity and Li-Ion Transference Number for Quasi-Solid-State Lithium–Sulfur Battery

材料科学 电解质 离子电导率 碳酸乙烯酯 锂硫电池 X射线光电子能谱 电导率 锂(药物) 电池(电) 电化学 准固态 化学工程 电化学窗口 无机化学 电极 物理化学 化学 功率(物理) 内分泌学 工程类 物理 医学 量子力学 色素敏化染料
作者
Tongwei Zhang,Jun Zhang,Shan Yang,Yuan Li,Ran Dong,Jialiang Yuan,Yuxia Liu,Zhenguo Wu,Yang Song,Yanjun Zhong,Wei Xiang,Yanxiao Chen,Benhe Zhong,Xiaodong Guo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (37): 44497-44508 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.1c16148
摘要

As a secondary Li-ion battery with high energy density, lithium–sulfur (Li–S) batteries possess high potential development prospects. One of the important ingredients to improve the safety and energy density in Li–S batteries is the solid-state electrolyte. However, the poor ionic conductivity largely limits its application for the commercial market. At present, the gel electrolyte prepared by combining the electrolyte or ionic liquid with the all-solid electrolyte is an effective method to solve the low ion conductivity of the solid electrolyte. We present a cross-linked gel polymer electrolyte with fluoroethylene carbonate (FEC) as a solid electrolyte interface (SEI) film formed for Li–S quasi-solid-state batteries, which can be simply synthesized without initiators. This gel polymer electrolyte with FEC as an additive (GPE@FEC) possesses high ionic conductivity (0.830 × 10–3 S/cm at 25 °C and 1.577 × 10–3 S/cm at 85 °C) and extremely high Li-ion transference number (tLi+ = 0.674). In addition, the strong ability toward anchoring polysulfides resulting in the high electrochemical performance of Li–S batteries was confirmed in GPE@FEC by the diffusion experiment, X-ray photoelectron spectroscopy analysis (XPS), and scanning electron microscopy (SEM) mapping of the S element. Such a high ion conductivity (IC) gel polymer electrolyte enables a competitive specific capacity of 940 mAh/g at 0.2C and supreme cycling performance for 180 cycles at 0.5C, which is far beyond that of conventional poly(ethylene oxide)-based quasi-solid-state Li–S batteries.
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