Enthalpy‐Driven Molecular Engineering Enables High‐Performance Quasi‐Solid‐State Electrolytes for Long Life Lithium Metal Batteries

材料科学 聚合 锂(药物) 电解质 法拉第效率 化学工程 离子电导率 储能 聚合物 热力学 电极 物理化学 化学 复合材料 功率(物理) 医学 物理 工程类 内分泌学
作者
Zilong Wang,Longyun Shen,Yilin Ma,Ho Mei Law,Shengjun Xu,Yongqiang Bi,Matthew J. Robson,Yuhao Wang,André H. Gröschel,Qing Chen,Francesco Ciucci
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202419335
摘要

Abstract The advancement of lithium metal batteries toward their theoretical energy density potential remains constrained by safety and performance issues inherent to liquid electrolytes. Quasi‐solid‐state electrolytes (QSSEs) based on poly‐1,3‐dioxolane (poly‐DOL) represent a promising development, yet challenges in achieving satisfactory Coulombic efficiency and long‐term stability have impeded their practical implementation. While lithium nitrate addition can enhance efficiency, its incorporation results in prohibitively slow polymerization rates spanning several months. In this work, high‐polymerization‐enthalpy 1,1,1‐trifluoro‐2,3‐epoxypropane is introduced as a co‐polymerization promoter, successfully integrating lithium nitrate into poly‐DOL‐based QSSEs. The resulting electrolyte demonstrates exceptional performance with 2.23 mS cm −1 of ionic conductivity at 25 °C, a Coulombic efficiency of 99.34% in Li|Cu cells, and stable lithium metal interfaces sustained through 1300 h of symmetric cell cycling. This co‐polymerization approach also suppresses poly‐DOL crystallization, enabling Li|LiFePO 4 cells to maintain stability beyond 2000 cycles at 1C. Scale‐up validation in a ≈1 Ah Li|NCM811 pouch cell achieves 94.4% capacity retention over 60 cycles. This strategy establishes a new pathway for developing high‐performance, in situ polymerized quasi‐solid‐state batteries for practical energy storage applications.
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