Six-armed and dicationic polymeric ionic liquid for highly stretchable, nonflammable and notch-insensitive intrinsic self-healing solid-state polymer electrolyte for flexible and safe lithium batteries

离子液体 电解质 材料科学 聚合物 化学工程 甲基丙烯酸酯 离子电导率 化学 高分子化学 复合材料 电极 有机化学 共聚物 物理化学 工程类 催化作用
作者
Ruijing Li,Zhao Fang,Cheng Wang,Xinlin Zhu,Xiaolong Fu,Jiajun Fu,Wuwei Yan,Yong Yang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:430: 132706-132706 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132706
摘要

Solid-state polymer electrolytes (SPEs) with outstanding flexibility and self-healing capacity are appealing for utilization in reliable and wearable electronic devices. Herein, a highly stretchable (extensibility > 1500% and stress > 490 kPa), non-flammable and notch-insensitive intrinsic self-healing SPE based on six-armed poly(N,N,N-trimethyl-N-((2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)-7-propyl)-ammonium dual bis(trifluoromethanesulfonyl) imides), imidazole-based ionic liquid (EMIM–TFSI) and LiTFSI is fabricated. The multi-armed structure in combination with the multiple charged center endow the six-armed dicationic polymeric ionic liquid (DPIL-6) with significantly strengthened ionic attractions and Van der Waals' force among the polymer segments, thus conferring the DPIL-6 derived SPE (DPIL-6-SPE) with prominent self-healing ability (recovery time < 2 h, 25 ℃). Moreover, DPIL-6-SPE presents a superior adhesion strength (weight loading > 200 g) towards lithium electrode, signifying excellent interfacial compatibility. Compared with the counterpart of monocationic polymeric ionic liquid derived SPE (MPIL-6-SPE), the multiple cationic center in DPIL-6-SPE facilitates the dissociation of lithium salt and liberates more Li+ from trapping with TFSI-, thereby resulting in a superior ionic conductivity (over 10-5 S cm−1 at room temperature) and lithium ion transference number (0.46). The as-assembled LiFePO4/DPIL-6-SPE/Li battery can deliver a high discharge capacity of 152.6 mAh g−1 at 0.1C, and its capacity retention rate reaches 94% after 50 cycles with a coulombic efficiency of 96%. In particular, the mechanical properties and conductivity of DPIL-6-SPE can fully recover after repeated damage, conferring the derived soft-pack battery stable powering capacity upon multi-angle bending and folding. The design of multi-armed and multiple charged PILs provides new avenues for developing flexible electronic devices with self-healing capacity.
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