Polycationic Polymer Layer for Air‐Stable and Dendrite‐Free Li Metal Anodes in Carbonate Electrolytes

材料科学 阳极 电解质 化学工程 枝晶(数学) 聚合物 电化学 电镀(地质) 电极 无机化学 复合材料 化学 几何学 数学 物理化学 工程类 地球物理学 地质学
作者
Jingyi Wu,Zhixiang Rao,Xueting Liu,Yue Shen,Chun Fang,Lixia Yuan,Zhen Li,Wuxing Zhang,Xiaolin Xie,Yunhui Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (12) 被引量:134
标识
DOI:10.1002/adma.202007428
摘要

Abstract The short cycle life and safety concerns caused by uncontrollable dendrite growth have severely hindered the commercialization of lithium metal batteries. Here, a polycationic and hydrophobic polymer protective layer fabricated by a scalable tape‐casting method is developed to enable air‐stable, dendrite‐free, and highly efficient Li metal anodes. The polymeric cations of poly(diallyl dimethyl ammonium) (PDDA) provide an electrostatic shielding effect that unifies Li + flux at the surface of the Li anode and promotes a homogeneous Li plating, while the bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI) anions bring hydrophobic characteristics and improve moisture stability. The accumulated TFSI anions by the polycationic film also facilitate the formation of a stable solid electrolyte interphase (SEI). Steady Li plating/stripping in the carbonate electrolyte can be achieved under a high areal capacity of 10 mAh cm −2 for 700 h with Li utilization efficiency up to 51.6%. LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 and LiFePO 4 cells using the modified anode exhibit much improved electrochemical performance compared with the bare Li counterpart. Moreover, ultrasonic imaging shows no gas generation in the modified Li/LiFePO 4 pouch cell. Mechanism investigation demonstrates the stable SEI and homogeneous Li deposition derived by the polycationic layer.
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