Room-temperature solid-state metallic lithium batteries based on high-content boron nitride nanosheet-modified polymer electrolytes

材料科学 电解质 锂(药物) 化学工程 氮化硼 离子电导率 结晶度 纳米片 聚合物 电导率 无机化学 纳米技术 复合材料 电极 化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Xianglong Meng,Dongmei Zhang,Jinshan Mo,Lehao Liu,Tianrong Yang,Qianxiao Fan,Qian Zhao,Rongmin Zhou,Mengxuan Zhang,Wenyan Hou,Weihao Hu,Wendi Zhang,Yilong Jin,Bing Jiang,Lihua Chu,Meicheng Li
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:648: 158962-158962 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158962
摘要

Polyethylene oxide (PEO)-based solid-state electrolytes have great potential in the development of solid-state metallic lithium batteries. However, it is difficult to apply them in metallic lithium batteries at room temperature because of the poor ionic conductivity and the lithium dendrite-induced safety problem. Herein, high-performance composite polymer electrolytes (CPEs) are developed by filling high-content boron nitride (BN) nanosheets with well dispersity in the PEO-LiTFSI matrices. Theoretical calculations and experimental characterizations reveal that the BN nanofillers with a strong Lewis acid property can capture TFSI− to release more free Li+, reduce the polymer crystallinity, and facilitate the generation of rich BN/PEO-LiTFSI fast-ion interfaces. Thus, the ionic conductivity and the Li+ transference number of the CPEs at room temperature greatly increase to 4 and 2 times those of the pristine electrolyte, respectively. Hence, the Li/CPE/Li batteries can operate steadily at 0.05 mA/cm2 (0.05 mAh/cm2) and 30 °C for 1200 h. Furthermore, the LiFePO4/CPE/Li batteries show higher initial capacity of 132 mAh/g and capacity retention of 84 % after 90 cycles at 0.3C and 30 °C than the pristine electrolyte-based batteries (29 %). This study provides a feasible case to prepare excellent-performance CPE films containing high nanofiller content for room-temperature solid-state metallic lithium batteries.
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