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Gel Polymer Electrolytes Based on Crosslinked Networks by the Introduction of an Ionic Liquid Crosslinker with Ethylene Oxide Arms

环氧乙烷 离子液体 离子电导率 电解质 聚合物 化学工程 高分子化学 热稳定性 丙烯酸酯 电化学 化学 材料科学 无机化学 电极 单体 有机化学 共聚物 物理化学 复合材料 催化作用 工程类
作者
Woonghee Choi,Gi Hyeon Sung,Woong‐Ryeol Yu,Dong Wook Kim
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (7): 8381-8390 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c00919
摘要

The volatility of liquid electrolytes is a major obstacle in the fabrication of efficient lithium-ion batteries that are safe. Solid-state electrolytes such as solid polymer electrolytes have been studied as a potential substitute for liquid electrolytes. However, their practical application is impeded owing to their low ionic conductivity and high interfacial resistance between the electrolyte and electrodes. Herein, we synthesize a novel ionic liquid crosslinker and use thermal crosslinking to prepare a gel polymer electrolyte (GPE), which shows a higher thermal stability than that of liquid electrolytes and a better ionic conductivity than that of solid electrolytes. The crosslinker, IL2, is designed to have a pyrrolidinium-bis(trifluoromethyl sulfonyl)amide structure and an acrylate terminal group with an ethylene oxide spacer connected between them. IL2-GPE, which is prepared by in situ thermal crosslinking, shows an ionic conductivity up to 5.37 mS cm–1 and high thermal and electrochemical stabilities. A cell with IL2-GPE sandwiched between a LiFePO4 cathode and lithium anode exhibits a capacity above 160 mA h g–1 and a high rate capability. By combining a crosslinker having four acrylate terminals with the IL2 crosslinker, we obtain HIL2-GPE, whose ionic conductivity is 20% higher than that of IL2-GPE. The HIL2-GPE cell exhibits capacities of 165 and 146 mA h g–1 at 0.1 and 1.0 C, respectively, thereby demonstrating better performance than that of the cell with IL2-GPE. We also prepared a cell using high-voltage cathode LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622). The result suggested that the cell based on the GPEs maintained superior long-term stability even with high-voltage cathode materials over 100 cycles.
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