A Mechanically Robust In-Situ Solidified Polymer Electrolyte for SiOx-Based Anodes Toward High-Energy Lithium Batteries

电解质 材料科学 阳极 微观结构 聚合物 化学工程 电极 锂(药物) 纳米技术 复合材料 化学 医学 物理化学 工程类 内分泌学
作者
Cizhen Luo,Huanrui Zhang,Chenghao Sun,Xing Chen,Wenjun Zhang,Pengzhou Mu,Gaojie Xu,Rongxian Wu,Zhaolin Lv,Xinhong Zhou,Guanglei Cui
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1007/s40820-025-01759-4
摘要

Abstract Silicon suboxide (SiO x , 0 < x < 2) is an appealing anode material to replace traditional graphite owing to its much higher theoretical specific capacity enabling higher-energy-density lithium batteries. Nevertheless, the huge volume change and rapid capacity decay of SiO x electrodes during cycling pose huge challenges to their large-scale practical applications. To eliminate this bottleneck, a dragonfly wing microstructure-inspired polymer electrolyte (denoted as PPM-PE) is developed based on in-situ polymerization of bicyclic phosphate ester- and urethane motif-containing monomer and methyl methacrylate in traditional liquid electrolyte. PPM-PE delivers excellent mechanical properties, highly correlated with the formation of a micro-phase separation structure similar with dragonfly wings. By virtue of superior mechanical properties and the in-situ solidified preparation method, PPM-PE can form a 3D polymer network buffer against stress within the electrode particles gap, enabling much suppressed electrode volume expansion and more stabilized solid electrolyte interface along with evidently decreased electrolyte decomposition. Resultantly, PPM-PE shows significant improvements in both cycling and rate performance in button and soft package batteries with SiO x -based electrodes, compared with the liquid electrolyte counterpart. Such a dragonfly wing microstructure-inspired design philosophy of in-situ solidified polymer electrolytes helps facilitate the practical implementation of high-energy lithium batteries with SiO x -based anodes.
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