A solid-like dual-salt polymer electrolyte for Li-metal batteries capable of stable operation over an extended temperature range

材料科学 电解质 离子电导率 电导率 聚合物 化学工程 盐(化学) 电化学 锂(药物) 快离子导体 电极 复合材料 有机化学 化学 工程类 内分泌学 医学 物理化学
作者
Jing Yu,Jiapeng Liu,Xidong Lin,Ho Mei Law,Guodong Zhou,Stephen C. T. Kwok,Matthew J. Robson,Junxiong Wu,Francesco Ciucci
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:37: 609-618 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.02.045
摘要

Abstract Solid polymer electrolytes (SPEs) and gel polymer electrolytes (GPEs) show great promise for the realization of commercial, high performance Li-metal batteries (LMBs). However, the interfacial and high-temperature instability of GPEs, and the low room-temperature ionic conductivity of SPEs still limit their practical implementation. This article presents a solid-like dual-salt polymer electrolyte (DSPE), consisting of coordinated solvents and thermally stable Li-salts within a temperature-resistant polymer matrix, as a promising new strategy for addressing these issues. The developed DSPE demonstrates high ionic conductivity of 0.16, 0.73, and 1.93 mS cm−1 at −20, 20, and 100 °C, respectively. Li|DSPE|LiFePO4 batteries using this DSPE deliver an initial discharge capacity of 151 mAh g−1 at 0.5C, a rate performance of 123 mAh g−1 at 3C, and excellent long-term stability with a retained capacity of 143 mAh g−1 after 500 cycles at 0.5C and 23 °C. Further, the battery shows stable cycling between −10 °C and 80 °C. This impressive electrochemical performance is ascribed to the high Li+ conductivity of the membrane, the stabilization of the Al current collector, and the formation of a robust, LiF-rich solid-electrolyte interphase containing conductive Li-B-O-based species.
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