Fluorinated ether electrolyte with controlled solvation structure for high voltage lithium metal batteries

电解质 锂(药物) 电化学 溶剂化 乙醚 法拉第效率 溶剂 无机化学 化学 材料科学 有机化学 电极 物理化学 医学 内分泌学
作者
Yan Zhao,Tianhong Zhou,Timur Ashirov,Mario El Kazzi,Claudia Cancellieri,Lars P. H. Jeurgens,Jang Wook Choi,Ali Coskun
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:231
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29199-3
摘要

The development of new solvents is imperative in lithium metal batteries due to the incompatibility of conventional carbonate and narrow electrochemical windows of ether-based electrolytes. Whereas the fluorinated ethers showed improved electrochemical stabilities, they can hardly solvate lithium ions. Thus, the challenge in electrolyte chemistry is to combine the high voltage stability of fluorinated ethers with high lithium ion solvation ability of ethers in a single molecule. Herein, we report a new solvent, 2,2-dimethoxy-4-(trifluoromethyl)-1,3-dioxolane (DTDL), combining a cyclic fluorinated ether with a linear ether segment to simultaneously achieve high voltage stability and tune lithium ion solvation ability and structure. High oxidation stability up to 5.5 V, large lithium ion transference number of 0.75 and stable Coulombic efficiency of 99.2% after 500 cycles proved the potential of DTDL in high-voltage lithium metal batteries. Furthermore, 20 μm thick lithium paired LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 full cell incorporating 2 M LiFSI-DTDL electrolyte retained 84% of the original capacity after 200 cycles at 0.5 C.
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