A catalytically polymerized solid electrolyte enables 450 Wh kg−1 lithium–metal batteries with thermal–mechanical abuse tolerance

材料科学 电解质 电极 聚合 化学工程 聚合物 聚乙烯 扩散 原位聚合 相间 电池(电) 膜电极组件 热稳定性 离子电导率
作者
Jiawen Tang,Junyu Zhang,Jiacheng Liu,Yunsong Li,Ahu Shao,Zhiqiao Wang,Xin Wang,Qiurong Jia,Ting Liu,Zhe Liu,Jian‐Gan Wang,Zhaohui Wang,Fei Xu,Yue Ma
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-76381-y
摘要

Abstract Practical implementation of solid polymer electrolytes is constrained by interfacial instability and manufacturing scalability. Here, we report a roll-to-roll compatible, 9.6-μm-thick solid polymer electrolyte membrane synthesized via in situ 1,3-dioxolane polymerization catalyzed by Lewis-acidic Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 on a polyethylene matrix, achieving a 99.1% conversion rate. The resulting membrane demonstrates 191.7 MPa mechanical strength and 418.7 mS ionic conductance at 25 °C. To resolve multiscale interfacial incompatibilities, a dual-additive strategy is employed: tris(4-fluorophenyl) phosphine constructs a fluorine-rich interphase extending positive electrode tolerance to 4.8 V, while Mg(TFSI) 2 forms a Li–Mg alloy lowering the negative electrode Li⁺ diffusion barrier to 0.127 eV. Validated in 1.2 Ah pouch cells, this system attains specific energy and energy density of 456.7 Wh kg⁻ 1 and 911.1 Wh L⁻ 1 (based on the total mass and volume of the pouch cell, respectively), stable wide-temperature cycling (−20 to 55 °C), and prevents thermal propagation under abuse conditions.
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