Inhibiting Residual Solvent Induced Side Reactions in Vinylidene Fluoride‐Based Polymer Electrolytes Enables Ultra‐Stable Solid‐State Lithium Metal Batteries

材料科学 锂(药物) 离子电导率 溶剂 氟化锂 聚合物 氟化物 电解质 六氟丙烯 电化学 溶解 离子键合 无机化学 电化学窗口 化学工程 有机化学 离子 电极 复合材料 物理化学 共聚物 化学 内分泌学 四氟乙烯 工程类 医学
作者
Dechao Zhang,Yuxuan Liu,Shuo Yang,Jiaxiong Zhu,Hu Hong,Shimei Li,Qi Xiong,Zhaodong Huang,Shixun Wang,Jun Liu,Chunyi Zhi
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (28): e2401549-e2401549 被引量:65
标识
DOI:10.1002/adma.202401549
摘要

Abstract Residual solvents in vinylidene fluoride (VDF)‐based solid polymer electrolytes (SPEs) have been recognized as responsible for their high ionic conductivity. However, side reactions by the residual solvents with the lithium (Li) metal induce poor stability, which has been long neglected. This study proposes a strategy to achieve a delicate equilibrium between ion conduction and electrode stability for VDF‐based SPEs. Specifically, 2,2,2‐trifluoro‐ N , N ‐dimethylacetamide (FDMA) is developed as the nonside reaction solvent for poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene) (PVHF)‐based SPEs, achieving both high ionic conductivity and significantly improved electrochemical stability. The developed FDMA solvent fosters the formation of a stable solid electrolyte interphase (SEI) through interface reactions with Li metal, effectively mitigating side reactions and dendrite growth on the Li metal electrode. Consequently, the Li||Li symmetric cells and Li||LiFePO 4 cells demonstrate excellent cycling performance, even under limited Li (20 µm thick) supply and high‐loading cathodes (>10 mg cm −2 , capacity >1 mAh cm −2 ) conditions. The stable Li||LiCoO 2 cells operation with a cutoff voltage of 4.48 V indicates the high‐voltage stability of the developed SPE. This study offers valuable insights into the development of advanced VDF‐based SPEs for enhanced lithium metal battery performance and longevity.
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