In Situ Alloying Enabled by Active Liquid Metal Filler for Self‐Healing Composite Polymer Electrolytes

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作者
Kai Wu,Zhengyu Ju,Bowen Zhang,Bowen Zhang,Amy C. Marschilok,Esther S. Takeuchi,Kenneth J. Takeuchi,Guihua Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (47): e202410463-e202410463 被引量:19
标识
DOI:10.1002/anie.202410463
摘要

Abstract Solid inorganics, known for kinetically inhibiting polymer crystallization and enhancing ionic conductivity, have attracted significant attention in solid polymer electrolytes. However, current composite polymer electrolytes (CPEs) are still facing challenges in Li metal batteries, falling short of inhibiting severe dendritic growth and resulting in very limited cycling life. This study introduces Ga 62.5 In 21.5 Sn 16 (Galinstan) liquid metal (LM) as an active liquid alternative to conventional passive solid fillers, aiming at realizing self‐healing protection against dendrite problems. Compared to solid inorganics, for example silica, LM droplets could more significantly reduce polymer crystallinity and enhance Li‐ion conductivity due to their liquid nature, especially at temperatures below the polymer melting point. More importantly, LMs are unraveled as dynamic chemical traps, which are capable of blocking and consuming lithium dendrites upon contact via in situ alloying during battery operation and further inhibiting dendritic growth due to the lower deposition energy barrier of the formed Li‐LM alloy. As a proof of concept, by strategically designing an asymmetric CPE with the active LM filling, a solid‐state Li/LiFePO 4 battery achieves promising full‐cell functionality with notable rate performance and stable cycle life. This active filler‐mediated self‐healing approach could bring new insights into the battery design in versatile solid‐state systems.
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