Composite polymer electrolytes with ionic liquid grafted-Laponite for dendrite-free all-solid-state lithium metal batteries

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作者
Biyu Jin,Dongyun Wang,Yuan He,Jianjiang Mao,Yunqing Kang,Chao Wan,Wei Xia,Jeonghun Kim,Miharu Eguchi,Yusuke Yamauchi
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (29): 7956-7965 被引量:21
标识
DOI:10.1039/d3sc01647a
摘要

Composite polymer electrolytes (CPEs) with high ionic conductivity and favorable electrolyte/electrode interfacial compatibility are promising alternatives to liquid electrolytes. However, severe parasitic reactions in the Li/electrolyte interface and the air-unstable inorganic fillers have hindered their industrial applications. Herein, surface-edge opposite charged Laponite (LAP) multilayer particles with high air stability were grafted with imidazole ionic liquid (IL-TFSI) to enhance the thermal, mechanical, and electrochemical performances of polyethylene oxide (PEO)-based CPEs. The electrostatic repulsion between multilayers of LAP-IL-TFSI enables them to be easily penetrated by PEO segments, resulting in a pronounced amorphous region in the PEO matrix. Therefore, the CPE-0.2LAP-IL-TFSI exhibits a high ionic conductivity of 1.5 × 10-3 S cm-1 and a high lithium-ion transference number of 0.53. Moreover, LAP-IL-TFSI ameliorates the chemistry of the solid electrolyte interphase, significantly suppressing the growth of lithium dendrites and extending the cycling life of symmetric Li cells to over 1000 h. As a result, the LiFePO4||CPE-0.2LAP-IL-TFSI||Li cell delivers an outstanding capacity retention of 80% after 500 cycles at 2C at 60 °C. CPE-LAP-IL-TFSI also shows good compatibility with high-voltage LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathodes.
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