Molecular‐level Designed Polymer Electrolyte for High‐Voltage Lithium–Metal Solid‐State Batteries

材料科学 电解质 锂(药物) 电化学 聚合物 金属 聚碳酸酯 极化(电化学) 化学工程 高分子化学 无机化学 电极 复合材料 冶金 物理化学 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Chao Wang,Hong Liu,Yuhao Liang,Dabing Li,Xiaoxue Zhao,Jiaxin Chen,Weiwei Huang,Lei Gao,Li‐Zhen Fan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (3) 被引量:109
标识
DOI:10.1002/adfm.202209828
摘要

Abstract In solid polymer electrolytes (SPEs) based Li–metal batteries, the inhomogeneous migration of dual‐ion in the cell results in large concentration polarization and reduces interfacial stability during cycling. A special molecular‐level designed polymer electrolyte (MDPE) is proposed by embedding a special functional group (4‐vinylbenzotrifluoride) in the polycarbonate base. In MDPE, the polymer matrix obtained by copolymerization of vinylidene carbonate and 4‐vinylbenzotrifluoride is coupled with the anion of lithium‐salt by hydrogen bonding and the “σ‐hole” effect of the CF bond. This intermolecular interaction limits the migration of the anion and increases the ionic transfer number of MDPE ( t Li + = 0.76). The mechanisms of the enhanced t Li + of MDPE are profoundly understood by conducting first‐principles density functional theory calculation. Furthermore, MDPE has an electrochemical stability window (4.9 V) and excellent electrochemical stability with Li–metal due to the CO group and trifluoromethylbenzene (ph‐CF 3 ) of the polymer matrix. Benefited from these merits, LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ‐based solid‐state cells with the MDPE as both the electrolyte host and electrode binder exhibit good rate and cycling performance. This study demonstrates that polymer electrolytes designed at the molecular level can provide a broader platform for the high‐performance design needs of lithium batteries.
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