Anion-enrichment interface enables high-voltage anode-free lithium metal batteries

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作者
Minglei Mao,Xiao Ji,Qiyu Wang,Zejing Lin,Meiying Li,Tao Liu,Chengliang Wang,Yong‐Sheng Hu,Hong Li,Xuejie Huang,Liquan Chen,Liumin Suo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:152
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36853-x
摘要

Aggressive chemistry involving Li metal anode (LMA) and high-voltage LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NCM811) cathode is deemed as a pragmatic approach to pursue the desperate 400 Wh kg-1. Yet, their implementation is plagued by low Coulombic efficiency and inferior cycling stability. Herein, we propose an optimally fluorinated linear carboxylic ester (ethyl 3,3,3-trifluoropropanoate, FEP) paired with weakly solvating fluoroethylene carbonate and dissociated lithium salts (LiBF4 and LiDFOB) to prepare a weakly solvating and dissociated electrolyte. An anion-enrichment interface prompts more anions' decomposition in the inner Helmholtz plane and higher reduction potential of anions. Consequently, the anion-derived interface chemistry contributes to the compact and columnar-structure Li deposits with a high CE of 98.7% and stable cycling of 4.6 V NCM811 and LiCoO2 cathode. Accordingly, industrial anode-free pouch cells under harsh testing conditions deliver a high energy of 442.5 Wh kg-1 with 80% capacity retention after 100 cycles.
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