Design A Polymer-based Composite Electrolyte with High Ionic Conductivity for High-performance Lithium-metal Batteries

电解质 离子电导率 金属锂 锂(药物) 材料科学 复合数 离子键合 电导率 金属 化学工程 聚合物 复合材料 化学 离子 冶金 电极 医学 有机化学 内科学 工程类 物理化学
作者
Nankun Geng,Tongwen Xu,Xiaojian Xu,Shumin Zhu,Xu Han,Qiyuan Chen,Yiting Peng,Qing Xu
出处
期刊:International Journal of Electrochemical Science [ESG]
卷期号:: 100656-100656
标识
DOI:10.1016/j.ijoes.2024.100656
摘要

Constructing a stable and robust solid polymer electrolyte (SPE) is crucial for achieving dendrite-free lithium-metal anodes and high-performance lithium batteries. However, realizing the integrity of solid electrolytes with high ion conductivity during long-life cycling under high current density remains a significant challenge. In this study, we propose a multifunctional SPE with a polyvinylidene fluoride (PVDF)/co-polyphenol coordination polymer (EACo2) hybrid composite to improve the durability of Li metal anode during repeat plating/stripping cycles by using a facile solution-casting method. The PVDF as a substrate with high mechanical strength and improved lithiophilicity exhibits high ionic conduction and excellent dendrite inhibition ability; meanwhile, the EACo2 fillers with a high density of Lewis-acidic sites contribute to the dissociation of lithium salts and decrystallization of the PVDF, resulting in a high Li-ion transference number and ion conductivity (2.66 × 10-3 S cm-1 at 30 ℃). The symmetrical cells with PVDF/EACo2 SPE can stabilize cycling over 1200 hours at a deposition capacity of 0.1 mAh cm-2. Moreover, the assembled full cells Li|LiFePO4 demonstrate long-term stability (1000 cycles at 1 C) with impressive capacity retention of 75%, offering a promising approach towards high-performance lithium metal batteries.

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