Practical 4.7 V solid-state 18650 cylindrical lithium metal batteries with in-situ fabricated localized high-concentration polymer electrolytes

金属锂 锂(药物) 原位 电解质 材料科学 金属 聚合物 固态 化学工程 复合材料 电极 冶金 化学 物理化学 有机化学 工程类 医学 内分泌学
作者
Xingchen Song,Ruiqi Zhao,Jie Zhu,Jinping Zhang,Nuo Xu,Jie Liu,Yansong Liu,Hongtao Zhang,Yanfeng Ma,Chenxi Li,Yongsheng Chen
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:12 (4) 被引量:3
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf016
摘要

ABSTRACT In-situ fabricated gel polymer electrolytes (GPEs), characterized with superior interfacial properties and large-scale processibility, represent a promising electrolyte system for high-performance lithium metal batteries (LMBs). Herein, we propose an in-situ fabricated high-voltage GPE featuring a localized high-concentration solvation structure (LHCE-GPE). This tailored special solvation structure within a polymer matrix promotes the formation of an electrochemically robust electrode–electrolyte interphase. Furthermore, employing LHCE-GPE, Li||Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 cells operating at 4.8 V demonstrate a high specific capacity of 248 mAh g−1, and 4.5 V Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cells achieve a remarkable cycling stability over 1000 cycles. Significantly, our LHCE-GPE allows for the operation of practical solid-state 18650 cylindrical LMBs at 4.7 V and industrial Li-ion batteries at 4.6 V, achieving high energy densities of 250 and 283 Wh kg−1, respectively (excluding packaging), while also demonstrating robust safety during rigorous nail-penetration tests. Our LHCE-GPE design presents a practical and powerful strategy for realizing solid-state LMBs with high energy density and high safety.
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