Flexible, nonflammable, highly conductive and high-safety double cross-linked poly(ionic liquid) as quasi-solid electrolyte for high performance lithium-ion batteries

离子液体 电解质 材料科学 化学工程 乙二醇 离子电导率 锂(药物) 电化学 热稳定性 聚合 高分子化学 电化学窗口 化学 聚合物 有机化学 电极 复合材料 物理化学 医学 工程类 内分泌学 催化作用
作者
Ling Liang,Wenfang Yuan,Xianhong Chen,Haiyang Liao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:421: 130000-130000 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130000
摘要

Liquid leakage and lithium dendrite growth are common safety hazards of lithium-ion batteries, and the application of quasi-solid electrolytes are considered to be the most promising material for inhibiting the safety problems. Herein, a new type of bi-functional ionic liquid is synthesized and polymerized into double cross-linked poly(ionic liquid) electrolyte (denoted as PIL-PEI) by dual cross-linking method [ring-opening polymerization network: epoxy groups in 1-vinyl-3-epoxypropylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (VEIM-TFSI) cross-linked with amino-groups in poly(ethylene imine) (PEI), radical cross-linking network: VEIM-TFSI cross-linked with poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)]. The Double cross-linked network of PIL-PEI reveals satisfactory flexibility, thermal stability and remarkable electrochemical performances (room-temperature ionic conductivity, 1.03 × 10−3 S cm−1 and lithium-ion transference number, 0.47). Furthermore, the compact network of PIL-PEI enables the formation of a strong solid electrolyte interface (SEI) layer on the lithium metal leading to the inhibition of lithium dendrite growth. As results, the batteries electrochemical performances, such as high charge/discharge capacity (165.6 mAh g−1), robust rate behavior (5.0C for 94 mAh g−1) and long-term lifespan (97.8% coulomb efficiency after 200 cycles) are significantly improved after assembled by LiFePO4-based cells equipping PIL-PEI as electrolyte. The soft package cell assembled with PIL-PEI is able to successfully light up the LED light and keep illuminating under varying hazardous situations such as bending and cutting, indicating that the PIL-PEI will have potential application value in highly secure flexible electronic devices.
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