Tailoring Electrode–Electrolyte Interfaces in Lithium-Ion Batteries Using Molecularly Engineered Functional Polymers

材料科学 电解质 佩多:嘘 聚合物 锂(药物) 电极 涂层 热稳定性 溶解 纳米技术 化学工程 复合材料 聚合 物理化学 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Laisuo Su,Jamie L. Weaver,Mitchell C. Groenenboom,Nathan Nakamura,Eric D. Rus,Priyanka Anand,Shikhar Krishn Jha,John Okasinski,Joseph A. Dura,B. Reeja‐Jayan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (8): 9919-9931 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsami.0c20978
摘要

Electrode-electrolyte interfaces (EEIs) affect the rate capability, cycling stability, and thermal safety of lithium-ion batteries (LIBs). Designing stable EEIs with fast Li+ transport is crucial for developing advanced LIBs. Here, we study Li+ kinetics at EEIs tailored by three nanoscale polymer thin films via chemical vapor deposition (CVD) polymerization. Small binding energy with Li+ and the presence of sufficient binding sites for Li+ allow poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) based artificial coatings to enable fast charging of LiCoO2. Operando synchrotron X-ray diffraction experiments suggest that the superior Li+ transport property in PEDOT further improves current homogeneity in the LiCoO2 electrode during cycling. PEDOT also forms chemical bonds with LiCoO2, which reduces Co dissolution and inhibits electrolyte decomposition. As a result, the LiCoO2 4.5 V cycle life tested at C/2 increases over 1700% after PEDOT coating. In comparison, the other two polymer coatings show undesirable effects on LiCoO2 performance. These insights provide us with rules for selecting/designing polymers to engineer EEIs in advanced LIBs.
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