An Ultrahigh Modulus Gel Electrolytes Reforming the Growing Pattern of Li Dendrites for Interfacially Stable Lithium‐Metal Batteries

材料科学 电解质 快离子导体 锂(药物) 极化(电化学) 金属锂 枝晶(数学) 复合材料 弹性模量 纳米技术 化学工程 电极 医学 化学 几何学 数学 物理化学 工程类 内分泌学
作者
Jingren Gou,Zheng Zhang,Suqing Wang,Jiale Huang,Kaixuan Cui,Haihui Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (7)
标识
DOI:10.1002/adma.202309677
摘要

Abstract Gel polymer electrolytes (GPEs) have aroused intensive attention for their moderate comprehensive performances in lithium‐metal batteries (LMBs). However, GPEs with low elastic moduli of MPa magnitude cannot mechanically regulate the Li deposition, leading to recalcitrant lithium dendrites. Herein, a porous Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) framework (PLF) is employed as an integrated solid filler to address the intrinsic drawback of GPEs. With the incorporation of PLF, the composite GPE exhibits an ultrahigh elastic modulus of GPa magnitude, confronting Li dendrites at a mechanical level and realizing steady polarization at high current densities in Li||Li cells. Benefiting from the compatible interface with anodes, the LFP|PLF@GPE|Li cells deliver excellent rate capability and cycling performance at room temperature. Theoretical models extracted from the topology of solid fillers reveal that the PLF with unique 3D structures can effectively reinforce the gel phase of GPEs at the nanoscale via providing sufficient mechanical support from the load‐sensitive direction. Numerical models are further developed to reproduce the multiphysical procedure of dendrite propagation and give insights into predicting the failure modes of LMBs. This work quantitatively clarifies the relationship between the topology of solid fillers and the interface stability of GPEs, providing guidelines for designing mechanically reliable GPEs for LMBs.
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