Nonflammable Lithium Metal Full Cells with Ultra-high Energy Density Based on Coordinated Carbonate Electrolytes

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作者
Sung Ju Cho,Dae-Eun Yu,Travis P. Pollard,Hyunseok Moon,Min‐Chul Jang,Oleg Borodin,Sang‐Young Lee
出处
期刊:iScience [Cell Press]
卷期号:23 (2): 100844-100844 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.isci.2020.100844
摘要

Summary

Coupling thin Li metal anodes with high-capacity/high-voltage cathodes such as LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) is a promising way to increase lithium battery energy density. Yet, the realization of high-performance full cells remains a formidable challenge. Here, we demonstrate a new class of highly coordinated, nonflammable carbonate electrolytes based on lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) in propylene carbonate/fluoroethylene carbonate mixtures. Utilizing an optimal salt concentration (4 M LiFSI) of the electrolyte results in a unique coordination structure of Li+-FSI-solvent cluster, which is critical for enabling the formation of stable interfaces on both the thin Li metal anode and high-voltage NCM811 cathode. Under highly demanding cell configuration and operating conditions (Li metal anode = 35 μm, areal capacity/charge voltage of NCM811 cathode = 4.8 mAh cm−2/4.6 V, and anode excess capacity [relative to the cathode] = 0.83), the Li metal-based full cell provides exceptional electrochemical performance (energy densities = 679 Wh kgcell−1/1,024 Wh Lcell−1) coupled with nonflammability.

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