Molecular Simulations Guided Polymer Electrolyte towards Superior Low-Temperature Solid Lithium-Metal Batteries

材料科学 离子电导率 差示扫描量热法 电解质 锂(药物) 聚合物 环氧乙烷 离子键合 无定形固体 氧化物 电导率 快离子导体 化学工程 离子 物理化学 结晶学 有机化学 电极 热力学 复合材料 化学 冶金 物理 工程类 内分泌学 医学 共聚物
作者
Jinqiu Zhou,Haoqing Ji,Yijun Qian,Jie Liu,Tieying Yan,Chenglin Yan,Tao Qian
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (41): 48810-48817 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.1c14825
摘要

Low-temperature operation is a challenge for solid-lithium-metal batteries (LMBs), and insufficient ionic conductivity is the main obstacle. Herein, guided by the molecular dynamics simulations (MDS), a solid polymer electrolyte (SPE) based on poly(1,3-dioxolane) (PDOL) with sufficient ionic conductivity at low temperature is reported. In situ X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) tests reveal that the PDOL-based SPE could well maintain amorphous nature at low temperatures, contributing to excellent ionic transport. The MDS analysis of the Li-O coordination environment indicates that more oxygen atoms bonded with Li+ in PDOL than in poly(ethylene oxide) (PEO) at low temperatures, thus we could envision the preponderance of PDOL as a better polymer matrix of SPE for low-temperature solid LMBs. It delivers a high capacity of 103 mAh g-1 and 85% retention for 200 cycles for Li||LiFePO4 at -20 °C, showing great potential for application in low-temperature solid LMBs in cold climates.
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