Vertically Aligned Li + Transport Interfaces for Fast‐Charging Quasi‐Solid‐State Batteries

材料科学 电解质 电极 偶极子 离子 化学物理 锂(药物) 极化(电化学) 化学工程 离子运输机 离子电导率 相(物质) 电导率 金属 溶剂化 金属锂 化学极性 离子键合 极地的 分子 纳米技术 相位反转 聚合物 共形映射 微尺度化学 原子单位 快离子导体 电阻率和电导率 光电子学 锂离子电池
作者
Xuri Wang,Ximing Wang,Yan Dai,Miao Yu,Helong Jiang,Xinhong Qi,Jiawei Mu,Xiangcun Li,Xiaobin Jiang,Gaohong He
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75207
摘要

ABSTRACT Gel polymer electrolytes (GPEs) hold promise for lithium metal batteries because they are processable and can form conformal electrode contact. However, tortuous ion‐transport pathways and pronounced interfacial polarization severely constrain fast‐charging capability. Herein, a vertically aligned ion transport interface is constructed via a single‐step dopamine‐regulated phase inversion strategy, designed to couple low‐tortuosity pathways with solvation‐tuning chemistry for efficient transport and interfacial regulation. During phase inversion, dopamine simultaneously drives rapid demixing to generate finger‐like vertical channels, stabilizes the polar β‐PVDF‐HFP framework via dipole interactions, and oxidatively polymerizes to enrich the pore walls with Lewis‐basic catechol/amine sites. Theoretical simulations and 7 Li ssNMR reveal that the high‐dielectric framework within vertically aligned pores provides low‐tortuosity pathways and low Li + migration barrier for rapid ion transport, while Lewis‐basic pore walls modulate Li + solvation to weaken anion association, thereby homogenizing Li + flux and suppressing concentration polarization. Consequently, the electrolyte exhibits high ionic conductivity of 1.2 × 10 −3 S cm −1 and Li + transference number of 0.666. It enables stable cycling of symmetric cells for over 2500 h and supports LiFePO 4 full cells with operation even at ultrahigh rates up to 20 C. A small molecule enables one‐step tri‐functionalization to build ion‐transport interface for fast‐charging quasi‐solid‐state lithium metal batteries.
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