Uncovering the Solvation Structure of LiPF6‐Based Localized Saturated Electrolytes and Their Effect on LiNiO2‐Based Lithium‐Metal Batteries

材料科学 金属锂 稀释剂 阴极 锂(药物) 溶剂化 电解质 无机化学 盐(化学) 金属 化学工程 溶剂 化学 物理化学 有机化学 电极 冶金 医学 工程类 内分泌学
作者
Laisuo Su,Xunhua Zhao,Michael Yi,Harry Charalambous,Hugo Celio,Yuanyue Liu,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (36) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/aenm.202201911
摘要

Abstract Electrolytes play a critical role in stabilizing highly reactive lithium‐metal anodes (LMAs) and high‐voltage cathodes for rechargeable lithium‐metal batteries (LMBs). Localized high concentration electrolytes (LHCEs) have achieved remarkable success in the context of LMBs. However, the state‐of‐the‐art LHCEs are based on LiFSI salt, which is prohibitively expensive. Here, the utility of low‐cost LiPF 6 salt in localized saturated electrolytes (LSEs) with a series of solvents and diluents in LMBs with cobalt‐free LiNiO 2 cathode is systematically explored. Experimental and theoretical analyses reveal that the unique solvation structure formed not only changes the distribution of solvents and anions but also alters the atom–atom distances within them, leading to different reduction and oxidation stabilities compared to low‐concentration electrolytes. In addition, LSEs help form LiF‐rich interphase layers on the LMA and LiNiO 2 cathode, protecting the electrodes from degradation during cycling. Different LSEs also lead to differences in lithium plating morphology and impedance buildup during cycling, impacting the performance of LMBs. The solvent and diluent must be carefully selected for compatibility with a lithium salt when developing LHCEs and LSEs for LMBs.
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