The Role of Cesium Cation in Controlling Interphasial Chemistry on Graphite Anode in Propylene Carbonate-Rich Electrolytes

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作者
Hongfa Xiang,Donghai Mei,Pengfei Yan,Priyanka Bhattacharya,Sarah Burton,Arthur v. Cresce,Ruiguo Cao,Mark Engelhard,Mark Bowden,Zihua Zhu,Bryant J. Polzin,Chongmin Wang,Kang Xu,Ji‐Guang Zhang,Wu Xu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:7 (37): 20687-20695 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsami.5b05552
摘要

Despite the potential advantages it brings, such as wider liquid range and lower cost, propylene carbonate (PC) is seldom used in lithium-ion batteries because of its sustained cointercalation into the graphene structure and the eventual graphite exfoliation. Here, we report that cesium cation (Cs(+)) directs the formation of solid electrolyte interphase on graphite anode in PC-rich electrolytes through its preferential solvation by ethylene carbonate (EC) and the subsequent higher reduction potential of the complex cation. Effective suppression of PC-decomposition and graphite-exfoliation is achieved by adjusting the EC/PC ratio in electrolytes to allow a reductive decomposition of Cs(+)-(EC)m (1 ≤ m ≤ 2) complex preceding that of Li(+)-(PC)n (3 ≤ n ≤ 5). Such Cs(+)-directed interphase is stable, ultrathin, and compact, leading to significant improvement in battery performances. In a broader context, the accurate tailoring of interphasial chemistry by introducing a new solvation center represents a fundamental breakthrough in manipulating interfacial reactions that once were elusive to control.
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