Ultrathin and Non‐Flammable Dual‐Salt Polymer Electrolyte for High‐Energy‐Density Lithium‐Metal Battery

材料科学 电解质 阳极 阴极 化学工程 离子电导率 锂(药物) 丁二腈 碳酸丙烯酯 聚合物 复合材料 电化学 电极 医学 工程类 内分泌学 物理化学 化学
作者
Xidong Lin,Jing Yu,Mohammed B. Effat,Guodong Zhou,Matthew J. Robson,Stephen C. T. Kwok,Haijun Li,Shiying Zhan,Yongliang Shang,Francesco Ciucci
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (17) 被引量:117
标识
DOI:10.1002/adfm.202010261
摘要

Abstract Rechargeable batteries with Li‐metal anodes and Ni‐rich LiNi x Mn y Co z O 2 ( x + y + z = 1, NMC) cathodes promise high‐energy‐density storage solutions. However, commercial carbonate‐based electrolytes (CBEs) induce deteriorative interfacial reactions to both Li‐metal and NMC, leading to Li dendrite formation and NMC degradation. Moreover, CBEs are thermally unstable and flammable, demonstrating severe safety risks. In this study, an ultrathin and non‐flammable dual‐salt polymer electrolyte (DSPE) is proposed via lightweight polytetrafluoroethylene scaffold, poly(vinylidene fluoride‐ co ‐hexafluoropropylene) polymeric matrix, dual‐salt, and adiponitrile/fluoroethylene carbonate functional plasticizers. The as‐obtained DSPE exhibits an ultralow thickness of 20 µm, high room temperature ionic conductivity of 0.45 mS cm −1 , and a large electrochemical window (4.91 V versus Li/Li + ). The dual‐salt synergized with functional plasticizers is used to fabricate a stable interface layer on both anode and cathode. In‐depth experimental and theoretical analyses have revealed the formation of stable interfaces between the DSPE and the anode/cathodes. As a result, the DSPE effectively prevents Li/DSPE/Li symmetric cell from short‐circuiting after 1200 h, indicating effective suppression of Li dendrites. Moreover, the Li/DSPE/NMC cell delivers outstanding cyclic stability at 2 C, maintaining a high capacity of 112 mAh g −1 over 1000 cycles.
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