Solid-state polymer electrolytes with in-built fast interfacial transport for secondary lithium batteries

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作者
Qing Zhao,Xiaotun Liu,Sanjuna Stalin,Kasim Khan,Lynden A. Archer
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:4 (5): 365-373 被引量:1091
标识
DOI:10.1038/s41560-019-0349-7
摘要

Solid-state electrolytes with high room-temperature ionic conductivity and fast interfacial charge transport are a requirement for practical solid-state batteries. Here, we report that cationic aluminium species initiate ring-opening polymerization of molecular ethers inside an electrochemical cell to produce solid-state polymer electrolytes (SPEs), which retain conformal interfacial contact with all cell components. SPEs exhibit high ionic conductivity at room temperature (>1 mS cm−1), low interfacial resistances, uniform lithium deposition and high Li plating/striping efficiencies (>98% after 300 charge–discharge cycles). Applications of SPEs in Li–S, Li–LiFePO4 and Li–LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 batteries further demonstrate that high Coulombic efficiency (>99%) and long life (>700 cycles) can be achieved with an in situ SPE design. Our study therefore provides a promising direction for creating solid electrolytes that meet both the bulk and interfacial conductivity requirements for practical solid polymer batteries. High-performance polymer electrolytes are highly sought after in the development of solid-state batteries. Lynden Archer and co-workers report an in situ polymerization of liquid electrolytes in a lithium battery for creating promising polymer electrolytes with high ionic conductivity and low interfacial resistance.
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