Mitigating Concentration Polarization via Ion‐Sieving Interlayer Towards Long‐Life 510 Wh Kg −1 Lithium Metal Pouch Cells

电解质 材料科学 电流密度 极化(电化学) 化学工程 金属 枝晶(数学) 过渡金属 无机化学 同种类的 乙醚 能量密度 锂(药物) 浓差极化 化学 乙二醇 电化学 二甲醚 金属锂 离子运输机 导电体 法拉第效率
作者
Yanhua Zhang,Jiangning Liu,Baoyu Sun,Shengjie Chen,Yunfei Hong,Caitian Lin,Deng Junkai,Jiangxuan Song
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (8): e24476-e24476 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202524476
摘要

Uncontrolled transport of lithium-ion and anion induce concentration polarization and Li dendrite growth, severely hindering the development of high-energy-density Li-metal batteries, especially under high current densities (≥3 mA cm-2). Herein, we report an interfacial ion-sieving strategy to immobilize anions and guide uniform lithium-ion transport for stable Li-metal batteries by introducing a poly(2-acryloyloxyethyltrimethylammonium chloride-co-polyethylene glycol monomethyl ether methacrylate) (PAP) interlayer on Li metal anode. The quaternary ammonium groups effectively anchor anions and suppress their migration, while polyether chains facilitate homogeneous lithium-ion transport and diffusion. This synergistic effect increases the lithium-ion transference number, mitigates interfacial concentration polarization, and inhibits dendrite growth even at 5 mA cm-2. Impressively, we demonstrate a 7 Ah PAP-Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 pouch cell with ultra-high energy density (510 Wh kg-1) and remarkable capacity stability (84.2%, 180 cycles), even under lean electrolyte (1.19 g Ah-1) and high current density (3 mA cm-2). Our findings highlight the potential of ion-sieving interlayer as a promising strategy for the development of stable Li-metal batteries.
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