Non-polar ether-based electrolyte solutions for stable high-voltage non-aqueous lithium metal batteries

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作者
Zheng Li,Harsha Rao,Rasha Atwi,Bhuvaneswari M. Sivakumar,Bharat Gwalani,Scott Gray,Kee Sung Han,Thomas A. Everett,Tanvi A. Ajantiwalay,Vijayakumar Murugesan,Nav Nidhi Rajput,Vilas G. Pol
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:130
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36647-1
摘要

The electrochemical instability of ether-based electrolyte solutions hinders their practical applications in high-voltage Li metal batteries. To circumvent this issue, here, we propose a dilution strategy to lose the Li+/solvent interaction and use the dilute non-aqueous electrolyte solution in high-voltage lithium metal batteries. We demonstrate that in a non-polar dipropyl ether (DPE)-based electrolyte solution with lithium bis(fluorosulfonyl) imide salt, the decomposition order of solvated species can be adjusted to promote the Li+/salt-derived anion clusters decomposition over free ether solvent molecules. This selective mechanism favors the formation of a robust cathode electrolyte interphase (CEI) and a solvent-deficient electric double-layer structure at the positive electrode interface. When the DPE-based electrolyte is tested in combination with a Li metal negative electrode (50 μm thick) and a LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2-based positive electrode (3.3 mAh/cm2) in pouch cell configuration at 25 °C, a specific discharge capacity retention of about 74% after 150 cycles (0.33 and 1 mA/cm2 charge and discharge, respectively) is obtained.
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