An All-Fluorinated Ester Electrolyte for Stable High-Voltage Li Metal Batteries Capable of Ultra-Low-Temperature Operation

阳极 电解质 X射线光电子能谱 阴极 材料科学 金属 电池(电) 化学工程 溶剂 化学 冶金 电极 工程类 有机化学 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
John Holoubek,Mingyu Yu,Sicen Yu,Minqian Li,Zhaohui Wu,Dawei Xia,Pranjal Bhaladhare,Matthew Gonzalez,Tod A. Pascal,Ping Liu,Zheng Chen
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:5 (5): 1438-1447 被引量:279
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.0c00643
摘要

Improving the energy output of batteries at sub-zero temperatures is crucial to the long-term application of advanced electronics in extreme environments. This can generally be accomplished by employing high-voltage cathodes, applying Li metal anodes, and improving the electrolyte chemistry to provide facile kinetics at ultralow temperature. However, systems capable of all three of these have seldom been studied. Herein, we demonstrate the design of such a system through solvent fluorination, applying a 1 M LiPF6 in a methyl 3,3,3-trifluoropionate (MTFP)/fluoroethylene carbonate (FEC) (9:1) electrolyte that simultaneously provided high-voltage cathode and Li metal anode reversibility at room temperature. This performance was attributed to the production of fluorine-rich interphases formed in the MTFP-based system, which was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Furthermore, the all-fluorinated electrolyte provided 161, 149, and 133 mAh g–1 when discharged at −40, −50, and −60 °C, respectively, far exceeding the performance of the commercial electrolyte. This work provides new design principles for high-voltage batteries capable of ultra-low-temperature operation.
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