Retarding anion migration for alleviating concentration polarization towards stable polymer lithium-metal batteries

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作者
Manying Cui,Yanyang Qin,Zhichao Li,Hongyang Zhao,Limin Liu,Zhiyuan Jiang,Zhenjiang Cao,Jianyun Zhao,Boyang Mao,Yu Wei,Yaqiong Su,R. Vasant Kumar,Shujiang Ding,Zhiguo Qu,Kai Xi
出处
期刊:中国科学通报:英文版 卷期号:69 (11): 1706-1715 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.scib.2024.03.048
摘要

Traditional dual-ion lithium salts have been widely used in solid polymer lithium-metal batteries (LMBs). Nevertheless, concentration polarization caused by uncontrolled migration of free anions has severely caused the growth of lithium dendrites. Although single-ion conductor polymers (SICP) have been developed to reduce concentration polarization, the poor ionic conductivity caused by low carrier concentration limits their application. Herein, a dual-salt quasi-solid polymer electrolyte (QSPE), containing the SICP network and traditional dual-ion lithium salt, is designed for retarding the movement of free anions and simultaneously providing sufficient effective carriers to alleviate concentration polarization. The dual salt network of this designed QSPE is prepared through in-situ crosslinking copolymerization of SICP monomer, regular ionic conductor, crosslinker with the presence of the dual-ion lithium salt, delivering a high lithium-ion transference number (0.75) and satisfactory ionic conductivity (1.16×10−3 S cm−1 at 30 oC). Comprehensive characterizations combined with theoretical calculation demonstrate that polyanions from SICP exerts a potential repulsive effect on the transport of free anions to reduce concentration polarization inhibiting lithium dendrites. As a consequence, the Li||LiFePO4 cell achieves a long-cycle stability for 2000 cycles and a 90% capacity retention at 30 oC. This work provides a new perspective for reducing concentration polarization and simultaneously enabling enough lithium-ions migration for high-performance polymer LMBs.
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