Molecular Self-Assembled Ether-Based Polyrotaxane Solid Electrolyte for Lithium Metal Batteries

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作者
Peipei Ding,Lingqiao Wu,Zhiyuan Lin,Chenjie Lou,Mingxue Tang,Xianwei Guo,Hongxia Guo,Yongtao Wang,Haijun Yu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (3): 1548-1556 被引量:128
标识
DOI:10.1021/jacs.2c06512
摘要

Poly(ethylene oxide) has been widely investigated as a potential separator for solid-state lithium metal batteries. However, its applications were significantly restricted by low ionic conductivity and a narrow electrochemical stability window (<4.0 V vs Li/Li+) at room temperature. Herein, a novel molecular self-assembled ether-based polyrotaxane electrolyte was designed using different functional units and prepared by threading cyclic 18-crown ether-6 (18C6) to linear poly(ethylene glycol) (PEG) via intermolecular hydrogen bond and terminating with hexamethylene diisocyanate trimer (HDIt), which was strongly confirmed by local structure-sensitive solid/liquid-state nuclear magnetic resonance (NMR) techniques. The designed electrolyte has shown an obviously increased room-temperature ionic conductivity of 3.48 × 10-4 S cm-1 compared to 1.12 × 10-5 S cm-1 without assembling polyrotaxane functional units, contributing to the enhanced cycling stability of batteries with both LiFePO4 and LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 cathode materials. This advanced molecular self-assembled strategy provides a new paradigm in designing solid polymer electrolytes with demanded performance for lithium metal batteries.
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