An Ultrafast and Stable Li‐Metal Battery Cycled at −40 °C

材料科学 电解质 溶剂化 电池(电) 溶解度 溶剂 金属 四氢呋喃 碱金属 极化(电化学) 电导率 化学工程 无机化学 冶金 电极 化学 物理化学 有机化学 热力学 功率(物理) 工程类 物理
作者
Liwei Cheng,Yingyu Wang,Jie Yang,Mengyao Tang,Chenguang Zhang,Qiaonan Zhu,Sicong Wang,Yuting Li,Pengfei Hu,Hua Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (11) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/adfm.202212349
摘要

Abstract Li‐metal battery (LMB) suffers from the unexpected Li dendrite growth and unstable solid‐electrolyte interphase (SEI), especially in the extreme conditions, such as high rates and low temperatures (LT). Herein, a high‐rate and stable LT LMB is realized by regulating electrolyte chemistry. A weak Li + ‐solvating solvent 2‐methyltetrahydrofuran is used as electrolyte solvent to mitigate the kinetic barrier for Li + de‐solvation. Moreover, a co‐solvent tetrahydrofuran with a high donor number is incorporated to improve the LT solubility of Li salts, achieving an improved ionic conductivity while maintaining the weak Li + ‐solvation effect. Furthermore, abundant FSI ‐ anions in contact‐ion pairs are presented, facilitating the formation of a stable LiF‐enriched SEI. Consequently, the Li||Li battery can be operated at 10 mA cm ‐2 with a small polarization of 154 mV at −40 °C. Meanwhile, an outstanding cumulative cycling capacity of 4000 mAh cm ‐2 at 8.0 mA cm ‐2 is achieved, reaching a record high level in LT alkali metal symmetric batteries. Also, rechargeable high‐rate and stable full batteries are achieved at −40 °C. This work demonstrates the superiority of electrolyte chemistry for synergistic regulation of both ion transfer kinetics and SEI toward ultrafast and stable rechargeable LMBs at LT.
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