An overlooked issue for high-voltage Li-ion batteries: Suppressing the intercalation of anions into conductive carbon

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作者
Seongjae Ko,Yuki Yamada,Atsuo Yamada
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:5 (4): 998-1009 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.joule.2021.02.016
摘要

High-voltage Li-ion batteries have been extensively studied to increase energy density of batteries. However, their cycling stability has remained poor, despite various strategies being proposed to overcome the issues of high-potential cathodes, such as electrolyte oxidation and transition metal dissolution. Herein, we report anion intercalation into the cathode conductive carbon as an overlooked yet critical issue. We propose a concentrated sulfolane (SL)-based electrolyte that prevents anion intercalation via two mechanisms: (1) by offering a high activation barrier to intercalation via its strong anion-Li+ interaction and (2) by forming a sulfur-containing, anion-blocking SL-derived interphase. This electrolyte, used with graphitized acetylene black, which is oxidatively stable but usually susceptible to anion intercalation, enables the stable operation of a Li2CoPO4F/graphite full cell (cut-off voltage = 5.2 V), with 93% capacity retention after 1,000 cycles and an average Coulombic efficiency of ≥99.9%. This is a pivotal strategy to enhance the reversibility of >5 V Li-ion batteries on a commercial level.

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