Self-Healing Polymer Electrolyte Based on Boronic Ester Bonds with Hydroxyl Groups Synergistically for Lithium-Metal Batteries

锂(药物) 电解质 金属锂 金属 聚合物 材料科学 聚合物电解质 高分子化学 化学 冶金 复合材料 电极 离子电导率 医学 物理化学 内分泌学
作者
Ting Wang,Yongfen Tong,Quantao Li,Tianhao Xu,Wei Jin,Dan Zhou,Zhixia Zhang
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (5): 2933-2944 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsapm.4c03562
摘要

Dynamic covalent boronic ester polymer networks have received extensive attention as self-healing materials, and they can be applied in all-solid polymer electrolytes. Herein, some classes of solid-state polymer electrolytes with self-healing ability were developed by incorporating dynamic boronic ester structure into a comb-like polyethylene glycol polymer network. Due to the dynamic transesterification reactions of boronic ester bonds, the borate ester-containing cross-linked polymer electrolyte with free hydroxyl (3OHPBASPE-2) exhibits the ability to dynamically alter its network topology, giving 3OHPBASPE-2 an excellent self-healing property and enhanced ductility. Benefit from the comb-like polyethylene glycol segments within the polymer network, along with the robust interactions between boron element and TFSI–, the 3OHPBASPE-2 displays delightful ionic conductivity of 3.06 × 10–4 S cm–2 at 65 °C and outstanding lithium-ion transference number of 0.65 at room temperature. Simultaneously, the samples recovered their original ionic conductivity after self-healing. Owing to the generation of a robust LiF-rich solid electrolyte interphase, the 3OHPBASPE-2 can also suppress lithium dendrite growth effectively. The LFP|3OHPBASPE-2|Li cell demonstrates an outstanding initial discharge capacity of 163.5 mA h·g–1, remarkable cycling stability, and a high Coulombic efficiency of 94.5% at a current rate of 0.1 C. Significantly, the 3OHPBASPE-2 polymer electrolyte can repair the damage within the LFP|3OHPBASPE-2|Li pouch cell, enabling the illumination of light-emitting diodes even under the harsh conditions. This capability notably bolsters the reliability and safety of batteries, thereby broadening the potential applications of solid-state electrolytes in the realm of emerging flexible energy storage devices.
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