Polyimide-reinforced solid polymer electrolyte with outstanding lithium transferability for durable Li metal batteries

聚偏氟乙烯 聚酰亚胺 电解质 材料科学 离子电导率 化学工程 聚合物 阳极 高分子化学 复合材料 化学 图层(电子) 电极 工程类 物理化学
作者
Yuhong Ma,Yu Jiao,Yichao Yan,Wei Chen,Yaoyao Li,Mingjie Zhou,Dongjiang Chen,Jun Zhu
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:548: 232034-232034 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232034
摘要

Solid polymer electrolytes drastically enhance the operational safety of Li metal battery by eliminating the flammable liquid electrolyte, but still suffer from low ionic conductivity and inferior thermostability. Herein, we tack this issue by strengthening the polyvinylidene fluoride matrix with lithiophilic polyimide. The actively conjugated carbonyl groups in polyimide polymer backbone with Li+-conductivity feature accelerate the ion conduction, accordingly improving the ionic conductivity up to 4.1 × 10−4 S cm−1. With the polyimide solid electrolyte, lithium symmetrical battery shows a stable operation without obvious dendrite growth over 300 h at 0.17 mA cm−2, effectively uniformizing the Li+ deposition at the electrolyte/anode interface. The LiFePO4 cell based on the polyimide electrolyte delivers a high discharge capacity of 126 mAh g−1 at 25 °C with a capacity retention of 86% after 500 cycles at 0.15 mA cm−2. In addition, polyimide chain with high thermostability owns affinity to polyvinylidene fluoride with an adsorption energy of 0.1 eV, giving rise to 35% enhancement in mechanical strength and 68% reduction in thermal shrinkage at 300 °C as compared with pure polyvinylidene fluoride electrolyte. This design allows a promising route for enhancing the safety operation of polymer electrolyte and promoting ionic transfer by reconstructing the polymer architecture.
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