Creating Vacancy Strong Interaction to Enable Homogeneous High‐Throughput Ion Transport for Efficient Solid‐State Lithium Batteries

材料科学 电解质 化学工程 离子电导率 阴极 锂(药物) 阳极 电化学 快离子导体 电导率 无机化学 纳米技术 电极 化学 物理化学 医学 内分泌学 工程类
作者
Ya Kun Song,Haotian Qu,Zhoujie Lao,Xiao Xiao,Gongxun Lu,Yanze Song,Lu Nie,Jian Wang,Jinlong Yang,Yanfei Zhu,Guangmin Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202419271
摘要

Abstract Solid polymer electrolytes are emerging as a key component for solid‐state lithium metal batteries, offering a promising combination of large‐scale processability and high safety. However, challenges remain, including limited ion transport and the unstable solid electrolyte interphase, which result in unsatisfactory ionic conductivity and uncontrollable lithium dendrite growth. To address these issues, a high‐throughput Li‐ion transport pathway is developed by incorporating tungsten sulfide enriched with sulfur vacancies (SVs) into a poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene)‐based composite polymer electrolytes (CPEs). The SVs strong interaction in the CPEs facilitates homogeneous high‐throughput Li‐ion transport 1.9 × 10 −3 S cm −1 at 25 °C) by enhancing the dissociation of lithium salts and effectively creates ample interfaces with the polymer chains to reduce the formation of inner vacuities. Moreover, the SVs confine FSI − anions, while the electron‐rich environment induced by sulfur atoms promotes the preferential degradation of bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anions, ensuring uniform lithium deposition. This fosters the formation of inorganic nanocrystals on the lithium anode and effectively suppresses dendrite growth, enabling an ultra‐long lifetime of over 5500 h in Li||Li symmetric cells. When paired with sulfurized polyacrylonitrile cathode, a pouch cell capacity of 0.524 Ah is achieved, demonstrating the effectiveness of a homogeneous, high‐throughput Li‐ions transport mechanism.
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