Hybrid Dynamic Covalent Network-Based Protecting Layer for Stable Li-Metal Batteries

材料科学 共价键 图层(电子) 纳米技术 金属 化学工程 有机化学 工程类 化学 冶金
作者
Hao Feng,Yayue He,Mengxiang Ma,Shilun Gao,Sheng Zhao,Xinyuan Shan,Huabin Yang,Pengfei Cao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 12374-12384 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.3c15690
摘要

Metallic lithium (Li) is considered as the "Holy Grail" anode material for next-generation energy storage systems due to its extremely high theoretical capacity and low electrochemical potential. Before the commercialization of the Li electrode, dendritic Li growth and the unstable solid electrolyte interphase layer should be conquered. Herein, a hybrid covalent adaptable polymer network (HCAPN) is prepared via the random copolymerization of poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate and -acetoacetoxyethyl methacrylate, followed by chemical cross-linking with polyethylenimine (PEI) and amine-modified silicon dioxide (SiO2). Such a hybrid network, where PEI and amine-modified SiO2 formed a vinylogous urethane-based dynamic covalent bond with the copolymer, respectively, shows improved mechanical properties, solvent resistance, and excellent healability/recyclability. As the protecting layer on the Li electrode, the assembled HCAPN@Li||HCAPN@Li symmetric cell shows a long cycle life of 800 h with low overpotential at a current density of 1 mA cm–2, and superior electrochemical performance can be achieved in the HCAPN@Li||LiFePO4 full cell (capacity retention of 77% over 400 cycles at 1.5 C) and HCAPN@Li||NCM811 cell (capacity retention of 79% after 300 cycles). Surface morphology analysis is also performed for physical insight into their role as protecting layer. This work provides a new perspective for constructing a hybrid dynamic covalent network-based polymer protecting layer for inhibiting Li dendrite growth.
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