Un réseau conducteur à ions uniques comme électrolyte polymère coordonné de manière rationnelle pour des batteries au lithium métallique à état solide

Résumé Les électrolytes polymères conducteurs à ions uniques à état solide (SSPE) sont l'un des candidats les plus prometteurs pour des batteries à lithium métallique à longue durée de vie. Cependant, la structure traditionnelle de type polyanion des SSPE entraîne inévitablement une conductivité insuffisante et une stabilité mécanique inférieure, ce qui limite leur application pratique. Ici, un polymère à réseau à ions uniques interpénétrant (PTF-4EO) est fabriqué en réticulant du sel de tétra-« borate » de lithium tétrakiste(4-(chlorométhyl)-2,3,5,6-tétrafluorophényl) avec du tétraéthylène glycol. La structure unique permet au PTF-4EO d'avoir des anions interagissant faiblement et des segments d'oxygène éther coordonnant qui fonctionnent comme un SSPE performant, offrant une conductivité à température ambiante élevée de 3,53 × 10 −4 S cm −1, un nombre de transfert de lithium-ion exceptionnel de 0,92, une large fenêtre électrochimique > 4,8 V, et de bonnes propriétés mécaniques. De plus, le SSPE résultant peut participer directement à la construction d'une interface d'électrolyte solide Janus favorable, ce qui améliore encore la stabilité interfaciale de l'anode en lithium métallique. Les batteries LiFePO 4 ||Li assemblées présentent une stabilité de cyclage, une efficacité coulombique, et une rétention de capacité remarquables sur plus de 200 cycles entre 2,50 et 4,25 V. En outre, les cellules pouch LiNi 0,7 Mn 0,2 Co 0,1 O 2 ||Li affichent une sécurité remarquable même dans des conditions difficiles. Cette étude offre ainsi une stratégie prometteuse pour la conception des SSPE afin d'atteindre simultanément une conductivité ionique élevée et une bonne compatibilité interfaciale pour des batteries à lithium métallique à haute densité énergétique à état solide.