Electrode potential influences the reversibility of lithium-metal anodes

电解质 法拉第效率 阳极 电极 分解 锂(药物) 材料科学 相间 无机化学 金属 金属锂 化学工程 化学 物理化学 冶金 生物 工程类 医学 内分泌学 有机化学 遗传学
作者
Seongjae Ko,Tomohiro Obukata,Tatau Shimada,Norio Takenaka,Masanobu Nakayama,Atsuo Yamada,Yuki Yamada
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:7 (12): 1217-1224 被引量:117
标识
DOI:10.1038/s41560-022-01144-0
摘要

Abstract Lithium-metal batteries are a promising technology to address the emerging demand for high-energy-density storage systems. However, their cycling encounters a low Coulombic efficiency (CE) due to the unceasing electrolyte decomposition. Improving the stability of solid electrolyte interphase (SEI) suppresses the decomposition and increases CE. However, SEI morphology and chemistry alone cannot account for CE, and a full explanation is still lacking. Here we report that in diverse electrolytes, the large shift (>0.6 V) in the Li electrode potential and its association with the Li + coordination structure influence the CE. Machine learning regression analysis and vibrational spectroscopy revealed that the formation of ion pairs is essential for upshifting the Li electrode potential, that is, for weakening the reducing ability of Li, which would lead to a high CE with diminished electrolyte decomposition. Various electrolytes with enhanced ion-pairing solution structure are designed to enable a significantly improved CE (>99%).
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