Dynamic Interfacial Protection via Molecularly Tailored Copolymer for Durable Artificial Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries

材料科学 共聚物 相间 金属锂 锂(药物) 电解质 化学工程 金属 纳米技术 聚合物 复合材料 电极 冶金 物理化学 医学 化学 遗传学 工程类 生物 内分泌学
作者
Jing Luo,Qinzhui Huang,Dehuan Shi,Yanbin Qiu,Xinyu Zheng,Sisheng Yang,Borong Li,Jianqiang Weng,Mingmao Wu,Zheyuan Liu,Yan Yu,Chengkai Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (39) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/adfm.202403021
摘要

Abstract The serious dendrite formation and safety hazards associated with side reactions hinder the practical application of lithium metal batteries. A molecular customization strategy based on both physical and chemical properties is reported. A copolymer of acrylamide and hexafluorobutyl acrylate molecules is used as an artificial solid electrolyte interface(ASEI) for lithium metal to achieve dynamic interface protection during cycling. The amide group serves as the rigid unit, while the hexafluorobutyl group serves as the flexible unit, and imparts excellent mechanical properties to the copolymer. Synergistically abundant C─F bonds exhibit excellent water and oxygen resistance and have good electrolyte affinity. The ester and amide groups serve as amphiphilic sites for Li+ and PF6−, regulating the ion flux at the interface and achieving dendrite‐free lithium deposition. During cycling, the organic–inorganic composite SEI dynamically evolves to safeguard the lithium metal, preventing undue electrolyte consumption. The copolymer achieves stable cycling for 1500 and 950 h at 1 and 2 mA cm−2, respectively. It demonstrates excellent performance with LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 and LiFePO4 cathodes. This study introduces a new approach to designing polymers at the molecular level to optimize the physical properties/chemical activity of lithium metal interfaces.
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