Reinforcing the Electrode/Electrolyte Interphases of Lithium Metal Batteries Employing Locally Concentrated Ionic Liquid Electrolytes

电解质 离子液体 材料科学 无机化学 锂(药物) 离子电导率 阴极 阳极 金属 电极 化学工程 化学 有机化学 催化作用 物理化学 冶金 医学 工程类 内分泌学
作者
Xu Liu,Alessandro Mariani,Thomas Diemant,Maria Enrica Di Pietro,Dong Xu,Andrea Mele,Stefano Passerini
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adma.202309062
摘要

Abstract Lithium metal batteries (LMBs) with nickel‐rich cathodes are promising candidates for next‐generation high‐energy‐density batteries, but the lack of sufficiently protective electrode/electrolyte interphases (EEIs) limits their cyclability. Herein, trifluoromethoxybenzene is proposed as a cosolvent for locally concentrated ionic liquid electrolytes (LCILEs) to reinforce the EEIs. With a comparative study of a neat ionic liquid electrolyte (ILE) and three LCILEs employing fluorobenzene, trifluoromethylbenzene, or trifluoromethoxybenzene as cosolvents, it is revealed that the fluorinated groups tethered to the benzene ring of the cosolvents not only affect the electrolytes’ ionic conductivity and fluidity, but also the EEIs’ composition via adjusting the contribution of the 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium cation (Emim + ) and bis(fluorosulfonyl)imide anion. Trifluoromethoxybenzene, as the optimal cosolvent, leads to a stable cycling of LMBs employing 5 mAh cm −2 lithium metal anodes (LMAs), 21 mg cm −2 LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 (NCA) cathodes, and 4.2 µL mAh −1 electrolytes for 150 cycles with a remarkable capacity retention of 71%, thanks to a solid electrolyte interphase rich in inorganic species on LMAs and, particularly, a uniform cathode/electrolyte interphase rich in Emim + ‐derived species on NCA cathodes. By contrast, the capacity retention under the same condition is only 16%, 46%, and 18% for the neat ILE and the LCILEs based on fluorobenzene and benzotrifluoride, respectively.
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