Iodine-containing additive engineering for rejuvenating inactive lithium and constructing highly stable lithium metal anodes

电解质 锂(药物) 电化学 阳极 化学 阴极 氧化还原 金属 密度泛函理论 化学工程 容量损失 材料科学 无机化学 电极 物理化学 有机化学 计算化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Wencheng Ma,Wenzhuo Li,Jinlong Jiang,Yi Xu,Wenrong Li,Xiaoyu Liu,Zehua Chen,Yong Jiang,Jiujun Zhang,Bing Zhao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:477: 146890-146890 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146890
摘要

Inactive (‘dead’) lithium and conventional fragile solid-electrolyte interphase (SEI) usually cause performance degradation and safety hazards in Li-metal batteries. Recovering inactive lithium and constructing stable SEI are urgently required to enhance the capacity and lifespan of lithium metal batteries. Herein, we have designed a novel dual-additives electrolyte containing an I3−/I− redox couple for reviving the inactive lithium, and caffeic acid (CA) that can be anion-polymerised to modulate the composition and improve stability of the SEI. It’s found that the generated I3−/I− redox couple can turn the inactive Li2O into soluble Li+, and prompt the formation of SEI composed of inorganic LiI, Li3N and organic RCOOLi with high stability. Density functional theory (DFT) calculations indicate that the diffusion potential barrier of Li+ is significantly lower on the LiI-rich SEI interface, which can not only accelerate the transport of Li+ at the interface, but also effectively prevent I3− from attacking Li metal. Benefiting from this elaborate dual-additives electrolyte design, the symmetrical-cells present a superior electrochemical performance, i.e., high critical current density up to 10 mA cm−2, ultra-long lifespan over 7000 h at 1 mA cm−2, and over 2500 cycles under harsh conditions of high temperature (50 °C) and high current density (5 mA cm−2). In addition, as a proof of concept for practical applications of Li-metal batteries, Li|LiFePO4 full cell delivers excellent cycle stability and rate performance with low hysteresis voltage at a high cathode loading of 17.4 mg cm−2.
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