Composite Gel Electrolytes with Ion‐Mediated Compatibilization and Matrix‐Assisted Conduction for Wide‐Temperature Lithium Metal Batteries

增容 离子电导率 材料科学 锂(药物) 复合数 化学工程 电解质 高分子化学 复合材料 化学 聚合物 物理化学 聚合物混合物 电极 工程类 内分泌学 共聚物 医学
作者
Bingxin Qi,Chi Wang,Hanpei Liu,Xiaoyue Li,Wen Yan,Chao Lai
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:9 (11): e01229-e01229
标识
DOI:10.1002/smtd.202501229
摘要

Abstract Gel polymer electrolytes (GPEs) with solvent‐in‐polymer structure typically encounter a trade‐off between ionic conductivity and mechanical properties. This challenge has not been adequately addressed by conventional single‐material, miscible polymers, or polymer/ceramic composite electrolytes. Herein, the phase consistency of composite GPE matrix, which contains polymer blends of “soft” poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene) (PVHF) and “hard” polyether‐ether‐ketone (PEEK), is enhanced by ion‐mediated compatibilization through the incorporation of lithium sulfonate groups. In addition, the electrolyte's ionic environment is optimized by the pendent lithium sulfonate positioned at the interface between polymer‐rich and solvent‐rich domains, thus achieving high ionic conductivity of 1.87 mS cm −1 at 20 °C and 1.28 mS cm −1 at −20 °C via the matrix‐assisted conduction. As a consequence, the composite gel electrolyte confers the Li||LiFePO 4 battery with high discharge capacity of 157.0 mAh g −1 at 1 C and capacity retention of 90.7% after 1500 cycles, and superior electrochemical performance under harsh conditions, including high rate of 5 C (96.0% capacity retention after 1000 cycles), extreme temperatures from −20 °C to 80 °C, and in conjunction with 30‐µm lithium metal anode. This work advances the development of high‐performance gel polymer electrolytes through innovative nanostructure and molecule design.
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