Dynamic Supramolecular Polymer Electrolyte to Boost Ion Transport Kinetics and Interfacial Stability for Solid‐State Batteries

材料科学 电解质 电化学 化学工程 离子电导率 聚合物 锂(药物) 电化学窗口 甲基丙烯酸酯 电极 复合材料 聚合 物理化学 化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Long Zhao,Yunfei Du,Erqing Zhao,Chang-Gong Li,Zixu Sun,Yutao Li,Hao Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (30) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/adfm.202214881
摘要

Abstract The key hurdle to the practical application of polymeric electrolytes in high‐energy‐density solid lithium‐metal batteries is the sluggish Li + mobility and inferior electrode/electrolyte interfacial stability. Herein, a dynamic supramolecular polymer electrolyte (SH‐SPE) with loosely coordinating structure is synthesized based on poly(hexafluoroisopropyl methacrylate‐ co ‐N‐methylmethacrylamide) (PHFNMA) and single‐ion lithiated polyvinyl formal. The weak anti‐cooperative H‐bonds between the two polymers endow SH‐SPE with a self‐healing ability and improved toughness. Meanwhile, the good flexibility and widened energy gap of PHFNMA enable SH‐SPE with efficient ion transport and superior interfacial stability in high‐voltage battery systems. As a result, the as‐prepared SH‐SPE exhibits an ionic conductivity of 2.30 × 10 −4 S cm −1 , lithium‐ion transference number of 0.74, electrochemical stability window beyond 4.8 V, and tensile strength up to 11.9 MPa as well as excellent adaptability with volume change of the electrodes. In addition, no major electrolyte decomposition inside batteries made from SH‐SPE and LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 cathode can be observed in the in situ differential electrochemical mass spectrometry test. This study provides a new methodology for the macromolecular design of polymer electrolytes to address the interfacial issues in high‐voltage solid batteries.
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