3D printing zwitter Molecule‐Enhanced Solid Polymer Electrolytes for High‐Energy Lithium Metal Batteries

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作者
Tao Zhang,L. Liu,Zhiqing Zou,Zhiqiang Zeng,Bingyang Li,Zhen Li,Zhong Ren,Xiang Cheng,Xiangchao Feng,Zequn Wang,Mengyue Liu,Pengfei Wang,Jin Niu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202424362
摘要

Abstract Unsatisfying preparation controllability, mechanical properties, ionic conductivities, and working voltage windows limit the practical applications of solid polymer electrolytes (SPEs) in lithium‐metal batteries. Herein, a 3D printing strategy combined with zwitter molecule modification is proposed to efficiently solve the problems of SPEs with a polyvinylidene fluoride‐hexafluoropropylene (PH) matrix. The electron‐donating property resulting from the carboxyl groups of aspartate acid (Asp) induces the cis‐conformation change of polyvinylidene fluoride, which enhances the Li + transport and anion immobilization on polymer chains. In addition, the amphoteric functional groups of Asp simultaneously promote the lithium salt dissociation and Li + desolvation with N,N‐dimethylformamide, thus leading to the formation of stable Li 3 N/LiF‐enriched interphases between electrodes and electrolyte. Moreover, the 3D printing technology increases the continuity and uniformity of the SPE membrane, further increasing the ionic conductivity and mechanical properties. As a result, the SPE exhibits high ionic conductivity (1.20 × 10 −4 S cm −1 ), large transfer number (0.68), wide electrochemical window (4.6 V), and good tensile strength (≈110 MPa), endowing the half cells with good cycling performance over 2000 h with a low overpotential of 40 mV. Furthermore, high‐energy densities (492 Wh kg −1 and 1303 Wh L −1 ) are delivered by a pouch cell with the SPE, indicating good application prospects.
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