In situ polymerization design of a quasi-solid electrolyte enhanced by NMP additive for lithium metal batteries

材料科学 电解质 锂(药物) 聚合 电化学窗口 离子电导率 化学工程 电化学 电导率 单体 电极 高分子化学 聚合物 复合材料 物理化学 医学 化学 工程类 内分泌学
作者
Shangjie Wang,Qiang Lv,Yutong Jing,Bo Wang,Dianlong Wang,Huakun Liu,Shi Xue Dou
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:69: 103390-103390 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103390
摘要

Solid polymer electrolytes (SPEs) are considered one promising candidate for lithium metal batteries due to their high flexibility, low cost, and roll-to-roll scalability. However, conventional SPEs prepared via ex situ methods are confronted with challenges such as poor contact and high resistance at the electrode|SPE interface, as well as low ionic conductivity at room temperature. In this study, we developed a quasi-solid electrolyte (QSE) using an in situ polymerization approach, employing butyl acrylate as the monomer and incorporating NMP as an additive. Spectroscopic investigations and DFT calculations revealed that NMP tends to form an overleaf-structured [Li(NMP)3][TFSI] complex with LiTFSI, promoting lithium salt dissociation. Owing to this advantage, the QSE exhibits high room-temperature ionic conductivity (6.94 × 10−4 S cm−1) and an extensive electrochemical stability window (5.01V vs. Li+/Li). Furthermore, the in situ polymerization method facilitates full contact at the interface, enhancing the interfacial stability and reducing the interface resistance, thus resulting in stable cycling of Li|Built-in QSE|Li symmetric cell for 1100 h at 0.1 mA cm−2. The assembled LiFePO4|Built-in QSE|Li cell also demonstrates excellent rate and long-term cycling performance. Our findings offer valuable insights into the interaction between organic additives and lithium salts and present a novel strategy for the development of polymer electrolytes.
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