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Self-Healing Single-Ion Conducting Polymer Electrolyte Formed via Supramolecular Networks for Lithium Metal Batteries
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-12-30 , DOI: 10.1021/acsaem.0c02384 Huihui Gan 1 , Yong Zhang 1 , Shaoqiao Li 1 , Liping Yu 1 , Jirong Wang 1 , Zhigang Xue 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-12-30 , DOI: 10.1021/acsaem.0c02384 Huihui Gan 1 , Yong Zhang 1 , Shaoqiao Li 1 , Liping Yu 1 , Jirong Wang 1 , Zhigang Xue 1
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Polymer electrolytes (PEs) have been intensively researched in lithium metal batteries (LMBs) due to their good chemical stability, well compatibility with lithium metal electrodes, and high safety. Nevertheless, the typical PEs are dual-ion conductors, which usually suffer from the concentration polarization and cracks. Here, the self-healing single-ion conducting polymer electrolytes (SIPEs) are fabricated to reduce concentration polarization, leading to the suppression of the formation of lithium dendrites and healing of the cracks. The SIPEs are synthesized via reversible addition–fragmentation chain transfer copolymerization of lithium 4-styrenesulfonyl(phenylsulfonyl)imide, 2-(3-(6-methyl-4-oxo-1,4-dihydropyrimidin-2-yl)ureido)ethyl methacrylate, and poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate in the absence of additional lithium salts. The obtained PEs (SIPE-5) show a good thermal stability up to 278.4 °C, comparatively high ionic conductivity up to 1.40 × 10–5 S cm–1 at 60 °C, high lithium-ion transference number (tLi+ = 0.89), and good compatibility with the lithium metal anode. The symmetric Li/Li cell remains an extremely stable and low overpotential without short circuiting over the 2800 h cycle at a current density of 0.05 mA cm–2. The Li/LiFePO4 coin cell also exhibits good cycling stability and superior rate performance. Therefore, the synthesized SIPEs possess the potential of the application in LMBs.
中文翻译：
通过超分子网络为锂金属电池形成的自修复单离子导电聚合物电解质
聚合物电解质（PEs）由于其良好的化学稳定性，与锂金属电极的良好相容性和高安全性而在锂金属电池（LMB）中进行了深入研究。然而，典型的PE是双离子导体，通常会受到浓差极化和裂纹的影响。在此，制造了可自我修复的单离子导电聚合物电解质（SIPE），以减少浓度极化，从而抑制了锂树枝状晶体的形成和裂纹的愈合。SIPE是通过可逆的4-苯乙烯磺酰基（苯基磺酰基）酰亚胺锂，2-（3-（6-甲基-4-氧代-1,4-二氢嘧啶-2-基）脲基）甲基丙烯酸乙酯的加成-断裂链转移共聚反应合成的，以及在没有其他锂盐的情况下的聚（乙二醇）甲基丙烯酸甲酯。在60°C时为–5 S cm –1，锂离子转移数高（t Li + = 0.89），并与锂金属阳极具有良好的相容性。对称的Li / Li电池在0.05 mA cm –2的电流密度下，在2800 h的周期内仍保持极高的稳定性和较低的过电势，而不会发生短路。Li / LiFePO 4纽扣电池还具有良好的循环稳定性和出色的倍率性能。因此，合成的SIPE具有在LMB中应用的潜力。
更新日期：2021-01-25
中文翻译：
通过超分子网络为锂金属电池形成的自修复单离子导电聚合物电解质
聚合物电解质（PEs）由于其良好的化学稳定性，与锂金属电极的良好相容性和高安全性而在锂金属电池（LMB）中进行了深入研究。然而，典型的PE是双离子导体，通常会受到浓差极化和裂纹的影响。在此，制造了可自我修复的单离子导电聚合物电解质（SIPE），以减少浓度极化，从而抑制了锂树枝状晶体的形成和裂纹的愈合。SIPE是通过可逆的4-苯乙烯磺酰基（苯基磺酰基）酰亚胺锂，2-（3-（6-甲基-4-氧代-1,4-二氢嘧啶-2-基）脲基）甲基丙烯酸乙酯的加成-断裂链转移共聚反应合成的，以及在没有其他锂盐的情况下的聚（乙二醇）甲基丙烯酸甲酯。在60°C时为–5 S cm –1，锂离子转移数高（t Li + = 0.89），并与锂金属阳极具有良好的相容性。对称的Li / Li电池在0.05 mA cm –2的电流密度下，在2800 h的周期内仍保持极高的稳定性和较低的过电势，而不会发生短路。Li / LiFePO 4纽扣电池还具有良好的循环稳定性和出色的倍率性能。因此，合成的SIPE具有在LMB中应用的潜力。
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