Engineering the Structural Uniformity of Gel Polymer Electrolytes via Pattern‐Guided Alignment for Durable, Safe Solid‐State Lithium Metal Batteries

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作者
Qi Kang,Zechao Zhuang,Yijie Liu,Zhenhui Liu,Yong Li,Baode Sun,Fei Pei,Han Zhu,Hongfei Li,Pengli Li,Ying Lin,Kunming Shi,Yingke Zhu,Jie Chen,Chen Shi,Yan Zhao,Pingkai Jiang,Yongyao Xia,Dingsheng Wang,Xingyi Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (38) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adma.202303460
摘要

Ultrathin and super-toughness gel polymer electrolytes (GPEs) are the key enabling technology for durable, safe, and high-energy density solid-state lithium metal batteries (SSLMBs) but extremely challenging. However, GPEs with limited uniformity and continuity exhibit an uneven Li+ flux distribution, leading to nonuniform deposition. Herein, a fiber patterning strategy for developing and engineering ultrathin (16 µm) fibrous GPEs with high ionic conductivity (≈0.4 mS cm-1 ) and superior mechanical toughness (≈613%) for durable and safe SSLMBs is proposed. The special patterned structure provides fast Li+ transport channels and tailoring solvation structure of traditional LiPF6 -based carbonate electrolyte, enabling rapid ionic transfer kinetics and uniform Li+ flux, and boosting stability against Li anodes, thus realizing ultralong Li plating/stripping in the symmetrical cell over 3000 h at 1.0 mA cm-2 , 1.0 mAh cm-2 . Moreover, the SSLMBs with high LiFePO4 loading of 10.58 mg cm-2 deliver ultralong stable cycling life over 1570 cycles at 1.0 C with 92.5% capacity retention and excellent rate capacity of 129.8 mAh g-1 at 5.0 C with a cut-off voltage of 4.2 V (100% depth-of-discharge). Patterned GPEs systems are powerful strategies for producing durable and safe SSLMBs.
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