An in-situ formed bifunctional layer for suppressing Li dendrite growth and stabilizing the solid electrolyte interphase layer of anode free lithium metal batteries

法拉第效率 阳极 电解质 双功能 材料科学 成核 半电池 电镀(地质) 电极 化学工程 化学 工作电极 有机化学 工程类 地质学 物理化学 催化作用 生物化学 地球物理学
作者
Semaw Kebede Merso,Teshager Mekonnen Tekaligne,Haile Hisho Weldeyohannes,Yosef Nikodimos,Kassie Nigus Shitaw,Shi‐Kai Jiang,Chen‐Jui Huang,Zewdu Tadesse Wondimkun,Bikila Alemu Jote,Lennart Wichmann,Gunther Brunklaus,Martin Winter,She‐Huang Wu,Wei‐Nien Su,Chung‐Yuan Mou,Bing‐Joe Hwang
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier]
卷期号:56: 105955-105955 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.est.2022.105955
摘要

Anode-free lithium metal batteries (AFLMBs) can achieve a high energy density. However, achieving high-capacity retention and Coulombic efficiency (CE) are challenging without a continuous Li supply from the Cu anode side. The lower CE and rapid capacity decay in AFLMBs are primarily due to non-uniform Li deposition and electrolyte decomposition during cycling. Herein, strontium fluoride (SrF2) nanoparticles are applied on Cu foils to attain the in-situ forming of a bifunctional interfacial layer, a Li-Sr alloy, and a LiF-rich SEI composite layer during Li plating. The derived [email protected]2 electrode has excellent plating/stripping stability and outstanding performance. AFLMB full cell ([email protected]2//NCM111) attains an average Coulombic efficiency (ACE) of 98.6 % and capacity retention of 51.0 % at the 60th cycle using a commercial carbonate-based electrolyte. In contrast, the bare AFLMB full cell (BCu//NCM111) only has an ACE of 94.9 % with a capacity retention of 10.2 % under the same conditions. The concept is proven in lithium metal batteries (LMBs). This strategy provides a simultaneous Li nucleation and formation of LiF-rich SEI layers, rendering it promising to realize AFLMBs and LMBs with long lifespans and high CE.
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