Zwitterionic Polymer Electrolytes With Dipole‐Rotation‐Assisted Ion Conduction for Solid Lithium Metal Batteries

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作者
Miao He,Yuxin Fan,Niandong He,Yaoyao Li,Yichao Yan,Ke Yang,S Liu,Bowen Zhang,E.Z. Luo,Wei Chen,Yin Hu,Tianyu Lei,Peng Li,Dongjiang Chen,D L Li,Yuanpeng Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e73925-e73925
标识
DOI:10.1002/adma.73925
摘要

ABSTRACT Solid polymer electrolytes are promising for lithium metal batteries, yet achieving both high ionic conductivity and interfacial stability remains a major challenge. Here, we report a molecular rotor strategy that addresses this trade‐off by incorporating 3‐(1‐Pyridinio)‐1‐propanesulfonate zwitterions (PP‐Z) into a polyvinylidene difluoride electrolyte. This design establishes a dipole‐rotation‐assisted ion transport mechanism distinct from conventional polymer relaxation‐dependent conduction. Molecular dynamics simulations and experiments reveal that the anchored cationic group of PP‐Z serves as a pivot, while the mobile anionic end creates a dynamic coulombic field. This configuration facilitates rapid Li + migration through coordinated intrachain transport and interchain hopping, significantly enhancing ionic conductivity (5.1 × 10 −4 S cm −1 at 25°C and 1.5 × 10 −4 S cm −1 at 0°C) and the Li + transference number (0.52). The anionic terminals further participate in Li + solvation and promote formation of a LiF‐rich solid electrolyte interphase, enabling stable cycling for 1200 h in Li||Li cells at 0.3 mA cm −2 and > 500 cycles in Li||LiFePO 4 cells at 1C (25°C). Even at 0°C, the Li||LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (1.8 mAh cm −2 ) pouch cell retains 85.1% capacity over 50 cycles while delivering 78.3% of its room‐temperature capacity initially.
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