Funktionskopolymer-abgeleitete selbstadaptierende LiF-reiche Grenzfläche für tiefzyklische Lithium-Metall-Batterien

Zusammenfassung Lithium-Metall-Batterien (LMBs) sind die besten Kandidaten für Systeme mit hoher Energiedichte. Allerdings hindert die instabile feste Elektrolyt-Grenzfläche (SEI), die durch das berüchtigte Wachstum von Lithiumdendriten und große Volumenfluktuationen unter praktischen Bedingungen verursacht wird, ihre Kommerzialisierung. Hier wird ein funktionales Copolymer entworfen, das aus Monomeren besteht und mit geordneten −CF 2 − Gruppen, die an ein viskoelastisches Rückgrat angeheftet sind, ausgestattet ist, um eine homogene und selbstadaptierende in situ LiF-reiche Grenzfläche bereitzustellen. Daher erleichtert die robuste Grenzfläche den schnellen Li + Fluss und hemmt das dendritische Lithiumwachstum. Darüber hinaus wird eine elastische Verbund-Lithium-Metall-Anode (FELMA), die auf dem entworfenem funktionalen Copolymer basiert, durch einen kosteneffektiven Ansatz hergestellt. Die FELMA zeigt eine hervorragende Zyklusstabilität mit einer ultra-niedrigen Volumenausdehnungsrate von 0,16 % pro Zyklus nach 200 Zyklen unter den Bedingungen von 3 mA cm −2 – 3 mAh cm −2 . Die vollständigen Batterien, die mit einer hochbelasteten LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (NCM811, 4.1 mAh cm −2 ) Kathode zusammengebaut sind, können eine Kapazitätsrückhaltung von 80 % nach 320 Zyklen unter N/P = 2,17 und E/C = 2,68 g Ah −1 aufrechterhalten, wobei die Lebensdauer um 220 % im Vergleich zu Li||NCM811 erhöht wurde. Eine Prototyp-Pouch-Zelle mit 418 Wh kg −1 (5,16 Ah) und einem N/P-Verhältnis von 0,88 sowie einem E/C-Verhältnis von 2,39 g Ah −1 zeigt stabiles Zyklen.