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Closed-Loop Recyclable Solid-State Polymer Electrolytes Enabled by Reversible Lithium Salt Catalysis

化学 盐(化学) 锂(药物) 电解质 固态 聚合物 闭环 聚合物电解质 催化作用 化学工程 无机化学 高分子化学 有机化学 离子电导率 电极 物理化学 内分泌学 控制工程 工程类 医学
作者
Pei Chen,Shunjie Liu,Hao Zhou,Shuo Yan,Dongxuan Zhang,Xuan Pang,Xuesi Chen,Xianhong Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (9): 7624-7633 被引量:21
标识
DOI:10.1021/jacs.4c17035
摘要

The rapid expansion in lithium battery production and disposal presents considerable sustainability challenges, emphasizing the critical need for recycling. However, current methods predominantly focus on metals from cathodes, while electrolytes have rarely been recycled. Here, we propose an innovative closed-loop design for solid polymer electrolytes (SPEs), enabled by reversible catalysis of lithium bis(trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) in both polymerization and depolymerization. The formation of a hydrogen-bonded adduct between TFSI– and alcohol initiates the in situ ring-opening polymerization of Li+-activated trimethylene carbonate (TMC), generating well-defined SPEs. With delicate structural optimization, the SPE achieves an outstanding ionic conductivity of 1.62 × 10–3 S cm–1 at room temperature with robust high-voltage stability up to 4.7 V. The assembled Li||NCM811 demonstrates promising cycling stability with 88% capacity retention over 100 cycles. Upon end-of-life, LiTFSI facilitates selective depolymerization of the polycarbonate-based SPE at 180 °C without introducing external catalysts, recovering both TMC monomer (>90%) and LiTFSI (>98%) for reuse. This work highlights a significant advance in closed-loop recyclable SPEs and a vital step toward sustainable lithium battery technology.
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