Design Criteria of Dilute Ether Electrolytes toward Reversible and Fast Intercalation Chemistry of Graphite Anode in Li-Ion Batteries

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作者
Dawei Xia,Ethan P. Kamphaus,Anyang Hu,Sooyeon Hwang,Lei Tao,Sami Sainio,Dennis Nordlund,Yanbao Fu,Haibo Huang,Lei Cheng,Feng Lin
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (3): 1379-1389 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c02590
摘要

To date, dilute ether electrolytes have been believed to be incompatible with graphite in Li-ion batteries due to the detrimental solvent cointercalation and graphite exfoliation. Here, we provide design criteria of dilute ether electrolytes for a reversible graphite anode based on tailoring the solvation structures and thermodynamic properties. We clarify that ether solvents can support graphite reversibly by modulating the anion. Our redesigned electrolyte consisting of a single-solvent 1,3-dioxolane (DOL) and 1 M single-salt lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) shows weakened Li-solvent interaction and results in an inorganic-rich solid-electrolyte interphase. Consequently, we achieved ∼99.9% Coulombic efficiency with >96% capacity retention (∼350 mAh/g) after 300 cycles at C/5 using natural graphite. The weakly solvated electrolyte maintains desirable transport properties, enabling better rate capability than carbonate electrolytes with an areal capacity of 2–4 mAh/cm2. We have demonstrated the potential of dilute ether electrolytes for facile desolvation-based intercalation chemistry in graphite, creating a viable path toward fast-charge Li batteries.
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