Adiponitrile (C6H8N2): A New Bi‐Functional Additive for High‐Performance Li‐Metal Batteries

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作者
Seon Hwa Lee,Jang‐Yeon Hwang,Seong‐Jin Park,Geon‐Tae Park,Yang‐Kook Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (30) 被引量:149
标识
DOI:10.1002/adfm.201902496
摘要

Abstract Rechargeable batteries with a Li metal anode and Ni‐rich Li[Ni x Co y Mn 1− x − y ]O 2 cathode (Li/Ni‐rich NCM battery) have been emerging as promising energy storage devices because of their high‐energy density. However, Li/Ni‐rich NCM batteries have been plagued by the issue of the thermodynamic instability of the Li metal anode and aggressive surface chemistry of the Ni‐rich cathode against electrolyte solution. In this study, a bi‐functional additive, adiponitrile (C 6 H 8 N 2 ), is proposed which can effectively stabilize both the Li metal anode and Ni‐rich NCM cathode interfaces. In the Li/Ni‐rich NCM battery, the addition of 1 wt% adiponitrile in 0.8 m LiTFSI + 0.2 M LiDFOB + 0.05 M LiPF 6 dissolved in EMC/FEC = 3:1 electrolyte helps to produce a conductive and robust Li anode/electrolyte interface, while strong coordination between Ni 4+ on the delithiated Ni‐rich cathode and nitrile group in adiponitrile reduces parasitic reactions between the electrolyte and Ni‐rich cathode surface. Therefore, upon using 1 wt% adiponitrile, the Li/full concentration gradient Li[Ni 0.73 Co 0.10 Mn 0.15 Al 0.02 ]O 2 battery achieves an unprecedented cycle retention of 75% over 830 cycles under high‐capacity loading of 1.8 mAh cm −2 and fast charge–discharge time of 2 h. This work marks an important step in the development of high‐performance Li/Ni‐rich NCM batteries with efficient electrolyte additives.
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