In-Situ Construction of Ceramic–Polymer All-Solid-State Electrolytes for High-Performance Room-Temperature Lithium Metal Batteries

陶瓷 材料科学 锂(药物) 电解质 化学工程 聚合 聚合物 单体 复合材料 快离子导体 电极 离子电导率 化学 工程类 医学 内分泌学 物理化学
作者
Lei Zhang,Haiqi Gao,Shijun Xiao,Jinyu Li,Tianlin Ma,Qian Wang,Liping Wen,Shi Wang
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (7): 1297-1305 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.2c00238
摘要

High-performance solid-state lithium batteries require not only solid-state electrolytes with high room temperature ionic conductivity, but also low interfacial resistance. Here, we report the preparation of a composite solid-state polymer electrolyte (CSE) based on ceramic nanowires with scandium-initiated in situ ring-opening polymerization of ether-based monomer inside lithium–metal batteries (LMBs), allowing good interfacial contact between the components of the solid-state cells. The polymerization of ether-based monomers enables the transport of Li+ as a solid-state electrolyte, and the ceramic membrane constructed by ceramic nanowires serves to prevent short-circuiting of the cell, inhibit crystallization of the polymer, and build fast ion channels at the interface of the polymer and nanowires. The CSE has a tunable room-temperature ionic conductivity (10–3–10–5 S cm–1), lithium-ion transference number (0.36–0.54), and electrochemcial window (4.3–5.18 V) based on monomer conversion. Owing to the low interfacial resistance of in situ polymerization, the assembled solid-state LMBs have good cycling and rate performance. Our research provides a promising direction for advancing the development of high-performance CSEs and corresponding devices.
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