Regulating lithium-ion transport route via adjusting lithium-ion affinity in solid polymer electrolyte

电解质 材料科学 离子电导率 锂(药物) 化学工程 聚合物电解质 聚合物 离子运输机 离子 无机化学 快离子导体 化学 电极 有机化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Lei Zhang,Shuang Cao,Yang Zhang,Chaoyan Zhang,Peng Guo,Jianjun Song,Zhen Jiang,Chuan Shi
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:479: 147764-147764 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147764
摘要

The competitive affinity of different components for lithium-ion (Li+) profoundly affects the ionic diffusion direction (namely Li+ migration route) in conductive filler-based solid polymer electrolytes (SPEs). In this work, a three-layer composite electrolyte is proposed in which a layer of PEO (polyvinyl epoxy)-LLZO (Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12) is sandwiched between two layers of polydopamine (PDA)-modified PEO interface (PMPI). We control the Li+ migration route in the organic matrix or inorganic filler by adjusting the Li+ affinity toward the polymer vs LLZO filler. Our DFT calculations uncover that the Li+ affinity is in the order of PDA (polydopamine)>LLZO>PEO. In this system, Li+ ions mainly travel through LLZO in PEO-LLZO electrolyte and are uniformly dispersed in the PMPI layer due to the high Li+ affinity of PDA and the homogeneous distribution of PDA in PEO matrix. Therefore, our design enables even distribution of current and eliminates growth of dendrite lithium while still providing fast ionic conduction. PDA was also found to broaden the electrochemical stability window, thus improving the compatibility of SPEs with high-voltage cathodes due to the intermolecular interaction between PDA and PEO.
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