Organic montmorillonite modified polyethylene oxide based polymer electrolyte for dendrite-free flexible solid-state lithium metal batteries

电解质 蒙脱石 锂(药物) 材料科学 氧化物 聚合物 离子键合 化学工程 化学 电极 离子电导率 复合材料 冶金 有机化学 离子 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Yang Xia,Shengwei Yin,Yaning Liu,Tianqi Yang,Jun Zhang,Hui Huang,Yongping Gan,Xinping He,Xinhui Xia,Ruyi Fang,Wenkui Zhang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:616: 235137-235137 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.235137
摘要

Polyethylene oxide (PEO) based solid-state electrolytes are known for the low manufacturing cost and excellent processability, but their practical application is paved with thorns including the inferior ionic conductivity, low Li+ transfer number and insufficient Li dendrite blocking ability. Herein, we propose organic montmorillonite (OMMT) with expanded layer spacing (1.97 nm) as versatile fillers to construct PEO-OMMT electrolyte, in which OMMT not only increases Li+ transfer number (0.56) and ionic conductivity (7.15 × 10−4 S cm−1), providing fast ionic transport channels, but also endows PEO with high mechanical strength, resulting remarkable Li dendrite blocking ability (>2100 h). Additionally, the high dielectric constant and Lewis-rich polar sites of OMMT facilitate the dissociation of lithium salts and the rapid formation of LiF and Li3N-rich solid electrolyte interface layers. Impressively, the LiFePO4|PEO-OMMT|Li cell shows a high initial capacity (154.4 mAh g−1 at 0.5C) with ultralong cycling lifespan (>1200 cycles). Similarly, the LiNi0.83Mn0.05Co0.12O2|PEO-OMMT|Li cell retains a high discharge capacity of 151.5 mAh g−1 after 100 cycles at 0.2C. This work highlights the indelible contributions of OMMT functionalized fillers in improving the interfacial stability of PEO based solid-state electrolytes, paving a feasible avenue for the practical application of solid-state lithium metal batteries.
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