Composite solid-state electrolytes with fast ion channels constructed from in-situ hydrogen bonding and coupling/crosslinking effects for dendrite-free solid-state lithium batteries

电解质 材料科学 复合数 化学工程 纳米技术 化学物理 电极 化学 物理化学 复合材料 工程类
作者
Qi Zhang,Lei Yan,Lei Fan,Jin Yi,Xinlin Zhang,Yan-Yun Sun
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:590: 233806-233806
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233806
摘要

All-solid-state lithium battery (ALLSB) with organic/inorganic composite solid-state electrolyte (CSSE) is one of the candidates for future energy storage due to the high specific energy and safety. However, large impedances and incompatibilities at the rigid electrode/electrolyte and internal interfaces of CSSE remain stumbling blocks for the spread of ASSLB. Acrylamide (AM)-contained (3-methacrylamidopropyl) triethoxysilane (MTS) is incorporated into CSSE to optimize the interfaces and modulate the ion diffusion and deposition behaviors based on the in-situ synergy effects of coupling/crosslinking and hydrogen bonding. Multiple hydrogen bonds between CSSEs and polar AM groups construct diverse Li interactions and facilitate dissociation and diffusion of Li. Coupling/crosslinking effect of the MTS can in-situ rearrange the above diversified Li environment. In turn, hydrogen bonds strengthen the coupling effect to the interface. The synergistic function contributes to favorable interfacial compatibility and stability, establishing a fast ion transport channel in the ASSLB. The MTS-intervened CSSE exhibits superior electrochemical and thermal properties. Li symmetric cells with this functional CSSE demonstrate stable lithium deposition/extraction for up to 2000 h. Moreover, the Li|LiFePO4 battery retains 91.7 % of its capacity after 500 cycles. This in-situ synergistic regulation provides a rational and simple guide for enhancing interface stability in CSSE and ASSLB.
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