Rational Lithium Salt Molecule Tuning for Fast Charging/Discharging Lithium Metal Battery

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作者
Pan Zhou,Haiyu Zhou,Yingchun Xia,Qingqing Feng,Xian Kong,Wenhui Hou,Yu Ou,Xuan Song,Hangyu Zhou,Weili Zhang,Yang Lu,Fengxiang Liu,Qingbin Cao,Hao Liu,Shuaishuai Yan,Kai Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (19): e202316717-e202316717 被引量:33
标识
DOI:10.1002/anie.202316717
摘要

The electrolytes for lithium metal batteries (LMBs) are plagued by a low Li+ transference number (T+) of conventional lithium salts and inability to form a stable solid electrolyte interphase (SEI). Here, we synthesized a self-folded lithium salt, lithium 2-[2-(2-methoxy ethoxy)ethoxy]ethanesulfonyl(trifluoromethanesulfonyl) imide (LiETFSI), and comparatively studied with its structure analogue, lithium 1,1,1-trifluoro-N-[2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)]ethyl]methanesulfonamide (LiFEA). The special anion chemistry imparts the following new characteristics: i) In both LiFEA and LiETFSI, the ethylene oxide moiety efficiently captures Li+, resulting in a self-folded structure and high T+ around 0.8. ii) For LiFEA, a Li-N bond (2.069 Å) is revealed by single crystal X-ray diffraction, indicating that the FEA anion possesses a high donor number (DN) and thus an intensive interphase "self-cleaning" function for an ultra-thin and compact SEI. iii) Starting from LiFEA, an electron-withdrawing sulfone group is introduced near the N atom. The distance of Li-N is tuned from 2.069 Å in LiFEA to 4.367 Å in LiETFSI. This alteration enhances ionic separation, achieves a more balanced DN, and tunes the self-cleaning intensity for a reinforced SEI. Consequently, the fast charging/discharging capability of LMBs is progressively improved. This rationally tuned anion chemistry reshapes the interactions among Li+, anions, and solvents, presenting new prospects for advanced LMBs.
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