Tuning the Solvent Alkyl Chain to Tailor Electrolyte Solvation for Stable Li-Metal Batteries

电解质 溶剂化 溶剂 烷基 法拉第效率 材料科学 溶解 二甲氧基乙烷 无机化学 化学工程 化学 有机化学 物理化学 电极 工程类
作者
Kui Ding,Chao Xu,Zehang Peng,Xin Long,Junkai Shi,Zhongliang Li,Yuping Zhang,Jiawei Lai,Luyi Chen,Yue‐Peng Cai,Qifeng Zheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (39): 44470-44478 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acsami.2c13517
摘要

1,2-Dimethoxyethane (DME) has been considered as the most promising electrolyte solvent for Li-metal batteries (LMBs). However, challenges arise from insufficient Li Coulombic efficiency (CE) and poor anodic stability associated with DME-based electrolytes. Here, we proposed a rational molecular design methodology to tailor electrolyte solvation for stable LMBs, where shortening the middle alkyl chain of the solvent could reduce the chelation ability, while increasing the terminal alkyl chain of the solvent could increase the steric hindrance, affording a diethoxymethane (DEM) solvent with ultra-weak solvation ability. When serving as a single solvent for electrolyte, a peculiar solvation structure dominated by contact ion pairs (CIPs) and aggregates (AGGs) was achieved even at a regular salt concentration of 1 m, which gives rise to anion-derived interfacial chemistry. This illustrates an unprecedentedly high Li||Cu CE of 99.1% for a single-salt single-solvent (non-fluorinated) electrolyte at ∼1 m. Moreover, this 1 m DEM-based electrolyte also remarkably suppresses the anodic dissolution of Al current collectors and significantly improves the cycling performance of high-voltage cathodes. This work opens up new frontiers in engineering electrolytes toward stable LMBs with high energy densities.
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