Reinforced Quaternized Poly(crown ether)-Based Solid Polymer Electrolyte for Highly Durable Lithium–Metal Batteries

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作者
Fangming Bai,Siwen Zhang,Yi Zhou,Jianchao Gao,Fang Chen,Qigao Han,Yafei Guo,Tianlong Deng,Chenxiao Lin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (15): 22414-22423
标识
DOI:10.1021/acsami.6c00609
摘要

All-solid-state lithium metal batteries (LMBs) are recognized as prospective next-generation energy storage systems due to their high energy density and inherent safety. However, as a critical component of LMBs, solid polymer electrolytes (SPEs) face challenges, such as low ionic conductivity and a low Li + transference number, leading to severe interfacial polarization and lithium dendrite growth. Herein, we develop a mechanically reinforced composite solid polymer electrolyte (QPCE-SPE) by impregnating a PEO/LiTFSI matrix blended with quaternized poly(crown ether) into an ultrathin porous polypropylene substrate. The cationic polymer immobilizes TFSI – anions while crown ether moieties promote lithium salt dissociation, enabling an enhanced ionic conductivity of 1.05 × 10 –4 S cm –1 at 80 °C and a Li + transference number of 0.56. Consequently, QPCE-SPE delivers stable cycling performance (>1300 h at 0.1 mA cm –2 ) in Li symmetric cells, and the Li|QPCE-SPE|LFP battery retains 81.9% of its capacity after 1000 cycles at 0.5C and 60 °C. Pouch cells based on QPCE-SPE remain stable under mechanical abuse, demonstrating robust mechanical resilience and intrinsic safety. This study presents an effective strategy for developing high-performance SPEs for LMBs.
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