Efficient Ion Migration and Stable Interface Chemistry of PVDF‐Based Electrolytes for Solid‐State Lithium Metal Batteries

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作者
Kaibo Fan,Biao Wang,Jie Chen,Kai Cao,Haozhong Huang,Zhongheng Zhu,Qichen Zhang,Xiaowu Fu,Ling Sun,Jiren Yuan,Yong Zhao,Zhengguang Hu,Li Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (35): e2501124-e2501124 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202501124
摘要

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)-based electrolytes with "Li salt-polymer-trace residual solvent" configuration have shown great potential in solid-state lithium metal batteries (SSLMBs). However, the interface failure initiated by the residual solvent and the sluggish Li+ migration kinetics caused by the intricacy of the Li+-interaction environment severely precludes the large-scale commercial application of PVDF-based electrolytes in SSLMBs. Herein, the PVDF-based electrolytes are fabricated by compositing the PVDF matrix and sand-ground silicon monoxide (SiO-a) fillers with silicon monoxide/silicon-suboxide/silicon-dioxide (Si/SiOx(02)heterostructure. Results show that SiO-a not only forcefully anchors the highly reactive N, N-dimethylformamide (DMF) molecules, significantly alleviating the side reactions at the electrode-electrolyte interface, but also the anchored DMF molecule dipole exhibits stronger bond dipole moment (C═ O; 7.1 × 10-30 C m) than PVDF (C─F; 3.6 × 10-30 C m), thus weakens the ion-dipole interaction of Li+···F, making Li+-hopping easily along polymer chains. Consequently, the obtained electrolyte exhibits dramatic electrochemical properties, including a superior ionic conductivity (0.39 mS cm-1) and sufficient Li+ transference number (0.54). Additionally, the LFP||Li battery presents an outstanding performance at the wide temperature range of -10-60 °C. Even at a high mass loading of ≈11 mg cm-2, the LFP||Li battery also delivers an impressive specific capacity (156.9 mAh g-1) along with average coulombic efficiency (99.8%).
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