Natural protein as novel additive of a commercial electrolyte for Long-Cycling lithium metal batteries

电解质 阳极 电化学 锂(药物) 化学工程 化学 碳酸盐 碳酸二乙酯 阴极 金属锂 金属 材料科学 电极 碳酸乙烯酯 冶金 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Chenxu Wang,Xuewei Fu,Chunhua Ying,Jin Liu,Wei‐Hong Zhong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:437: 135283-135283 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135283
摘要

Suffering from critical instability of lithium (Li) anode, the most commercial electrolytes, carbonate-ester electrolytes, have been restrictedly used in high-energy Li metal batteries (LMBs) despite of their broad implementation in lithium-ion batteries. Here, abundant, natural corn protein, zein, is exploited as a novel additive to stabilize Li anode and effectively prolong the cycling life of LMBs based on carbonate-ester electrolyte. It is discovered that the denatured zein is involved in the formation of solid electrolyte interphase (SEI), guides Li+ deposition and repairs the cracked SEI. In specific, the zein-rich SEI benefits the anion immobilization, enabling uniform Li+ deposition to diminish dendrite growth; the preferential zein-Li reaction effectively repairs the cracked SEI, protecting Li from parasite reactions. The resulting symmetrical Li cell exhibits a prolonged cycling life to over 350 h from <200 h for pristine cell at 1 mA cm−2 with a capacity of 1 mAh cm−2. Paired with LiFePO4 cathode, zein additive markedly improves the electrochemical performance including a higher capacity of 130.1 mAh g−1 and a higher capacity retention of ∼ 80 % after 200 cycles at 1 C. This study demonstrates a natural protein to be an effective additive for the most commercial electrolytes for advancing performance of LMBs.
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