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High-voltage nickel-rich layered cathodes in lithium metal batteries enabled by a sulfolane / fluorinated ether/ fluoroethylene carbonate-based electrolyte design

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作者
Wenbo Hou,Delun Zhu,Shangde Ma,Weijie Yang,Hao Yan,Yang Dai
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:517: 230683-230683 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230683
摘要

Electrolyte system with high electrochemical stability and interfacial compatibility is essential to the high-performance lithium metal battery. Herein, we introduce an electrolyte design of 1 M Lithium bistrifluoromethosulfonimide (LiTFSI) sulfolane/1,1,2,2-Tetrafluoroethyl 2,2,3,3-Tetrafluoropropyl Ether (HFE)/Fluoroethylene carbonate (FEC) to improve the high voltage performance (4.7 V) for LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 based lithium metal batteries. Such a designed electrolyte exhibits a high-voltage limit of 5.1 V,compared to 4.3 V of the carbonated-based electrolyte (1 M Lithium hexafluorophosphate (LiPF6) ethylene carbonate(EC)/dimethyl carbonate (DMC)/ethyl methyl carbonate (EMC) 1:1:1). The cell with the designed electrolyte improves the coulombic efficiency, rate and cycle capability. The cell with the designed electrolyte delivers a reversible capacity of ∼220 mAh g−1 at 0.1C, with a capacity retention of ∼85% after 150 cycles (0.5C charge/discharge, 3.0–4.7 V), while the commercial electrolyte only exerts a capacity retention of 71.60%. X-Ray Powder Diffraction (XRD),Scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis reveal the designed electrolyte effectively improve the structural and interfacial stability on cathode. It also suppresses the lithium-dendrite growth and facilitates the stable lithium-plating/stripping on lithium metal anode. While the carbonate-based electrolyte forms thick and unstable interface on cathode and grows dendrite-liked surface on lithium anode.
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