Crosslinked Poly(tetrahydrofuran) as a Loosely Coordinating Polymer Electrolyte

材料科学 锂(药物) 电解质 离子电导率 聚合物 电导率 环氧乙烷 化学工程 离子键合 四氢呋喃 高分子化学 离子 物理化学 有机化学 复合材料 化学 电极 溶剂 内分泌学 工程类 医学 共聚物
作者
David G. Mackanic,Wesley Michaels,Minah Lee,Dawei Feng,Jeffrey Lopez,Jian Qin,Yi Cui,Zhenan Bao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (25) 被引量:226
标识
DOI:10.1002/aenm.201800703
摘要

Abstract Solid polymer electrolytes (SPEs) promise to improve the safety and performance of lithium ion batteries (LIBs). However, the low ionic conductivity and transference number of conventional poly(ethylene oxide) (PEO)‐based SPEs preclude their widespread implementation. Herein, crosslinked poly(tetrahydrofuran) (xPTHF) is introduced as a promising polymer matrix for “beyond PEO” SPEs. The crosslinking procedure creates thermally stable, mechanically robust membranes for use in LIBs. Molecular dynamics and density functional theory (DFT) simulations accompanied by 7 Li NMR measurements show that the lower spatial concentration of oxygen atoms in the xPTHF backbone leads to loosened O–Li + coordination. This weakened interaction enhances ion transport; xPTHF has a high lithium transference number of 0.53 and higher lithium conductivity than a xPEO SPE of the same length at room temperature. It is demonstrated that organic additives further weaken the O–Li + interaction, enabling room temperature ionic conductivity of 1.2 × 10 −4 S cm −1 with 18 wt% N,N ‐dimethylformamide in xPTHF. In a solid‐state LIB application, neat xPTHF SPEs cycle with near theoretical capacity for 100 cycles at 70 °C, with rate capability up to 1 C. The plasticized xPTHF SPEs operate at room temperature while maintaining respectable rate capability and capacity. The novel PTHF system demonstrated here represents an exciting platform for future studies involving SPEs.
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