Eliminating Hydrogen Fluoride through Piperidine‐Doped Separators for Stable Li Metal Batteries with Nickel‐Rich Cathodes

哌啶 氟化物 兴奋剂 氟化氢 无机化学 阴极 金属 化学 氢气储存 材料科学 有机化学 物理化学 光电子学
作者
Luoyi Ding,Yuanmao Chen,Yeliang Sheng,Xinyang Yue,Zheng Liang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202411933
摘要

Hydrofluoric acid (HF)‐induced electrode and interfacial structure degeneration poses a significant challenge for high‐voltage lithium metal batteries (LMBs). To address this issue, we propose a separator strategy that involves decorating a regular polyethylene (PE) separator with molecular sieves (TW) impregnated with piperidine (PI). The porous structure of the TW serves as a reaction chamber for PI and HF. As a result, the HF content in the controlled electrolyte with 500 ppm H2O (ELE‐500) is notably reduced when using TW@PI‐PE separators, thereby shielding nickel‐rich cathodes from HF etching. Simultaneously, due to the hydrolysis of Li salts, and the inertness of PI towards H2O, a uniform lithium fluoride (LiF)‐rich solid electrolyte interphase can form on the Li metal anode, further mitigating dendrite formation. The lifespan of the symmetric Li cell using the TW@PI‐PE separator is doubled in ELE‐500, exhibiting stable 500‐hour cycles at 3 mA cm−2 and 3 mAh cm−2. Additionally, with the effective limitation of transition metal (TM) dissolution, the 4.6‐V LMBs employing a LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode maintain an 81% capacity retention over 100 cycles, even in ELE‐1000. The innovative TW@PI system presented here offers a fresh perspective for future research aimed at eliminating HF in LMBs.
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