Molecular Bridging of Ceramic–Polymer Interfaces Enables Fast Ion Transport and Long‐Life Solid‐State Lithium Metal Batteries

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作者
Dehua Li,Panpan Shen,Xinrui Zheng,Yuanchi Liao,Yingyuan Ma,Tingting Yu,Fan Wang,Xun Wang,Tiantian Wang,Yi Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78321
摘要

ABSTRACT Composite solid electrolytes (CSEs) are promising for high‐energy solid‐state lithium metal batteries, yet weakly coupled ceramic/polymer interfaces often induce filler aggregation, interfacial defects, and discontinuous Li + transport. Here, we establish a molecular‐bridging strategy using bifunctional PFDTES to couple LLZTO with a fluorinated polymer framework. PFDTES chemically anchors to hydroxylated LLZTO through hydrolysis–condensation reactions, while its perfluorinated segment enhances affinity toward PVDF‐HFP, thereby transforming weakly contacted ceramic/polymer interfaces into more strongly coupled interphases. This dual‐ended molecular bridging suppresses filler aggregation and interfacial defects while reshaping the local Li + coordination environment. The resulting polar interfacial environment weakens Li + –TFSI − association and strong local Li + –ether oxygen coordination, thereby lowering the kinetic barrier for Li + migration across heterogeneous phases. Consequently, PLF‐CSE achieves an ionic conductivity of 5.05 × 10 −4 S cm −1 at 30°C, a Li + transference number of 0.72, and an electrochemical stability window of 5.12 V. More homogeneous Li + flux, together with a LiF/Li 3 N‐rich interphase, enables stable lithium plating/stripping for over 6000 h, while LFP|PLF‐CSE|Li cells retain 92.9% of their capacity after 1000 cycles at 2 C. This work highlights the critical role of molecular bridging in regulating Li + transport across ceramic/polymer interfaces, offering a rational strategy for designing high‐performance CSEs.
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