Grafting strategy achieving self‐healing polymer/sulfide electrolyte for high‐performance solid‐state lithium–silicon batteries

材料科学 嫁接 电解质 锂(药物) 硫化物 聚合物 纳米技术 固态 化学工程 复合材料 工程物理 冶金 电极 工程类 医学 化学 物理化学 内分泌学
作者
Xiaoyan Wang,Shenggong He,Zheng Hu,Hao Xu,Likun Pan,Jinliang Li
出处
期刊:Rare Metals [Springer Science+Business Media]
卷期号:44 (10): 7159-7172 被引量:7
标识
DOI:10.1007/s12598-025-03412-w
摘要

Abstract Severe structural fractures and persistent side reactions at the interface with liquid electrolytes have hindered the commercialization of silicon (Si) anodes. Solid‐state electrolytes present a promising solution to address these issues. However, the high interfacial resistance of rigid ceramic electrolytes and the limited ionic conductivity of polymer electrolytes remain significant challenges, further complicated by the substantial volume expansion of Si. In this work, we chemically grafted a flame‐retardant, self‐healing polyurethane‐thiourea polymer onto Li 7 P 3 S 11 (SHPUSB‐40%LPS) via nucleophilic addition, creating an electrolyte with exceptional ionic conductivity, high elasticity, and strong compatibility with Si anodes. We observed that FSI − was strongly adsorbed onto the LPS surface through electrostatic interactions with sulfur vacancies, enhancing Li + transport. Furthermore, SHPUSB‐40%LPS exhibits dynamic covalent disulfide bonds and hydrogen bonds, enabling self‐assembly of the electrolyte at the interface. This dynamic bonding provides a self‐healing mechanism that mitigates structural changes during Si expansion and contraction cycles. As a result, the Si anode with SHPUSB‐40%LPS presents excellent cycling stability, retaining nearly 53.5% of its capacity after 300 cycles. The practical applicability of this design was validated in a 2 Ah all‐solid‐state Si||LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 pouch cell, which maintained a stable Li‐ion storage capacity retention of 76.3% after 350 cycles at 0.5C. This novel solid‐state electrolyte with self‐healing properties offers a promising strategy to address fundamental interfacial and performance challenges associated with Si anodes.
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