Hydroxyl-rich single-ion conductors enable solid hybrid polymer electrolytes with excellent compatibility for dendrite-free lithium metal batteries

材料科学 离子电导率 化学工程 电解质 乙烯醇 聚合物 热稳定性 复合数 聚乙烯醇 快离子导体 离子键合 纳米技术 离子 复合材料 化学 有机化学 物理化学 电极 工程类
作者
Zhenyuan Hu,Yunfeng Zhang,Yunfeng Zhang,Xinyang Long,Wei Bao,Yi Zhang,Yi Zhang,Weizhen Fan,Hansong Cheng
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:657: 120666-120666 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120666
摘要

Polyethylene oxide (PEO) based solid polymer electrolytes (SPEs) are promising candidates for constructing the safety and high-performance of lithium metal batteries (LMBs). However, a number of obstacles have limited its further application, such as low ionic conductivity, undesired mechanical properties, and low lithium-ion transference number (tLi+). Herein, a hydroxyl-rich single conductor polymer (lithium sulfonated polyvinyl alcohol, SPVA-Li) was introduced as a polymeric filler into PEO SPEs network via a simple and scalable solution casting method to fabricate the composite SPEs. The hydrogen bond interactions between SPVA-Li and PEO enable the polymer chains to be more disordered that effectively suppress PEO crystallization, endowing the SPVA-Li SPEs with high ionic conductivity (1.76 × 10−4 S cm−1) and tLi+ (0.59) at 60 °C. Moreover, such cross-linking structures also can significantly improve the mechanical strength and thermal stability of the SPVA-Li SPEs. These performances are all superior to the PEO SPEs. Thus, based on the composite SPEs, Li/Li symmetric cells run for 400 h without any short circuits, and the LiFePO4/Li batteries also can be stably operated for 100 cycles at 0.2 and 0.5 C rates, respectively. These merits enable the SPVA-Li SPEs to be very promising for developing high-performance LMBs.
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