Local superconcentration via solvating ionic liquid electrolytes for safe 4.3V lithium metal batteries

电解质 离子液体 三元运算 离子电导率 锂(药物) 溶剂 无机化学 环氧乙烷 材料科学 化学 有机化学 物理化学 电极 催化作用 内分泌学 程序设计语言 聚合物 医学 计算机科学 共聚物
作者
Jaschar Atik,Martin Winter,Elie Paillard
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:415: 140181-140181 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2022.140181
摘要

• Superconcentrated electrolytes were achieved with a solvating ionic liquid. • High performance electrolytes were formulated with the addition of hydrofluoroether. • Li metal deposition is improved vs. state-of-the-art ionic liquids. • Good electrochemical performance of NMC622||Li cells was achieved. A novel solvating ionic liquid (SIL), N -methyl N -oligo(ethylene oxide)pyrrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide (Pyr 1,(2O)7 FSI) was synthesized and used to prepare binary and ternary liquid electrolytes with LiFSI as conducting salt and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether (TTE) as a non-solvating low viscosity co-solvent. Thereby, the binary superconcentrated liquid electrolyte (i.e. , 6.8 m LiFSI in Pyr 1,(2O)7 FSI) reaches a Li + ion transference number of 0.25 ± 0.02. To enhance the ionic conductivity and separator wetting, the binary electrolyte was mixed with TTE leading to local superconcentrated Li + ion solvation structures as shown by Raman measurements. These ternary electrolytes exhibit improved wettability, excellent safety and allow cycling in NMC622||Li cells and Cu||Li cells with Coulombic efficiencies of up to 99.9% and 98.5%, respectively, and a capacity retention of 84% for NMC622||Li cells with the electrolyte 2.0 m LiFSI, Pyr 1,(2O)7 FSI:TTE (1:1 wt%) after 100 cycles vs. a cell failure after 35 cycles for the state-of-the-art containing IL N ‑butyl‑ N -methylpyrrolidinium FSI electrolyte.

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