Quantification of Charge Transport and Mass Deprivation in Solid Electrolyte Interphase for Kinetically‐Stable Low‐Temperature Lithium‐Ion Batteries

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作者
Liwei Dong,Hui‐Juan Yan,Qingxiang Liu,Jia‐Yan Liang,Junpei Yue,Min Niu,Xingyu Chen,Enhui Wang,Sen Xin,Xinghong Zhang,Chunhui Yang,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202411029
摘要

Graphite (Gr)-based lithium-ion batteries with admirable electrochemical performance below -20 °C are desired but are hindered by sluggish interfacial charge transport and desolvation process. Li salt dissociation via Li+-solvent interaction enables mobile Li+ liberation and contributes to bulk ion transport, while is contradictory to fast interfacial desolvation. Designing kinetically-stable solid electrolyte interphase (SEI) without compromising strong Li+-solvent interaction is expected to compatibly improve interfacial charge transport and desolvation kinetics. However, the relationship between physicochemical features and temperature-dependent kinetics properties of SEI remains vague. Herein, we propose four key thermodynamics parameters of SEI potentially influencing low-temperature electrochemistry, including electron work function, Li+ transfer barrier, surface energy, and desolvation energy. Based on the above parameters, we further define a novel descriptor, separation factor of SEI (SSEI), to quantitatively depict charge (Li+/e-) transport and solvent deprivation processes at Gr/electrolyte interface. A Li3PO4-based, inorganics-enriched SEI derived by Li difluorophosphate (LiDFP) additive exhibits the highest SSEI (4.89×103) to enable efficient Li+ conduction, e- blocking and rapid desolvation, and as a result, much suppressed Li-metal precipitation, electrolyte decomposition and Gr sheets exfoliation, thus improving low-temperature battery performances. Overall, our work originally provides visualized guides to improve low-temperature reaction kinetics/thermodynamics by constructing desirable SEI chemistry.
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