Anion‐Modulated Solvated Structure for All‐Solid‐State Lithium Metal Batteries with Inorganic‐Rich SEI

材料科学 锂(药物) 金属锂 固态 离子 无机化学 金属 纳米技术 工程物理 物理化学 冶金 电解质 电极 有机化学 化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Changyong Zhao,Yingkang Tian,Guo-Zheng Sun,Yulong Liu,Xiaofei Yang,Run‐Cang Sun,Xuejie Gao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202512870
摘要

Abstract The limited salt dissociation efficiency and unstable (Li(DMF)x) + solvation structures in poly(vinylidene fluoride) (PVDF)‐based solid‐state electrolytes (SSEs) significantly impede both high‐rate ion transport and electrode‐electrolyte interfacial stability. However, developing SSEs that combine high ionic conductivity (>1 mS cm −1 ) with stable electrode‐electrolyte interfaces remains a major scientific challenge. Here, a high‐voltage solid‐state lithium‐metal battery is presented employing a PVDF‐SCS (PVDF modified with benzenesulfonylated chitosan) electrolyte. The nitrogen‐based anionic receptors in sulfonamide chitosan (SCS) facilitated lithium salt dissociation through preferential anion‐cation pair disruption, thereby enhancing the free Li⁺ concentration. Crucially, the electron‐deficient nitrogen centers exhibit strong coordination with lithium salt anions, promoting their electrochemical reduction and forming a stable, anion‐derived solid electrolyte interphase (SEI). Consequently, the PVDF‐SCS electrolyte demonstrates an elevated Li⁺ conductivity of 1.35 mS cm − ¹ and effectively mitigates dendritic growth, enabling a stable operation of Li|PVDF‐SCS|NCM523 full batteries for 400 cycles at a high voltage of 4.3 V. This work demonstrates the anion engineering can simultaneously enhance Li + transport and interfacial stability, paving the way for high‐performance solid‐state batteries.
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