Constructing a multi-functional polymer network for ultra-stable and safe Li-metal batteries

材料科学 化学工程 聚合物 法拉第效率 电解质 准固态 电化学 聚合 电极 高分子化学 复合材料 色素敏化染料 工程类 物理化学 化学
作者
Shilun Gao,Zhenxi Li,Zhen Zhang,Bingrui Li,X. Chelsea Chen,Guang Yang,Tomonori Saito,Ming Tian,Huabin Yang,Pengfei Cao
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:55: 214-224 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.11.049
摘要

The practical application of lithium (Li) metal electrodes is impeded by Li dendrite growth and unstable solid electrolyte interphase (SEI). Herein, a multi-grafting polymer network, poly(dimethyl siloxane)-g-[poly(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate)-r-sodium poly(p-styrene sulfonate)] (PPS), is chemically synthesized from reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. With integrated stretchability, ionic conductivity, and mechanical robustness, it serves a dual role to stabilize the Li electrode. As artificial SEI layer, the PPS enables superior electrochemical performance in half cells, symmetric cells, and full cells ([email protected]/LiFePO4, capacity retention of >70% after 600 cycles). Utilized as solid polymer electrolyte (SPE), the all-solid-state Li/SPE/LiFePO4 full cell delivers excellent cycling performance with an unprecedented capacity retention of 90% over 1,700 cycles at 0.5 C and 81% over 1,000 cycles at 1.0 C. With high-voltage LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811) as cathode, the Li/SPE/NMC811 cell exhibits an initial discharge capacity of 162.2 mAh g−1 with a capacity retention of 72% after 200 cycles. The assembled solid-state Li/SPE/LiFePO4 pouch cell with SPE exhibits stable cycling performance over 200 cycles with a capacity retention of 75% and still operates well even after curling, folding, and cutting, demonstrating great potential for achieving ultra-safe and high energy density batteries.
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