Constructing a Stable Interface Layer by Tailoring Solvation Chemistry in Carbonate Electrolytes for High‐Performance Lithium‐Metal Batteries

电解质 材料科学 溶剂化 化学工程 无机化学 碳酸锂 法拉第效率 阳极 锂(药物) 化学 离子键合 离子 有机化学 电极 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Zhihong Piao,Peitao Xiao,Ripeng Luo,Jiabin Ma,Runhua Gao,Chuang Li,Junyang Tan,Kuang Yu,Guangmin Zhou,Hui‐Ming Cheng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (8) 被引量:220
标识
DOI:10.1002/adma.202108400
摘要

Lithium-metal batteries (LMBs) are considered as promising next-generation batteries due to their high energy density. However, commercial carbonate electrolytes cannot be used in LMBs due to their poor compatibility with the lithium-metal anode and detrimental hydrogen fluoride (HF) generation by lithium hexafluorophosphate decomposition. By introducing lithium nitrate additive and a small amount of tetramethylurea as a multifunctional cosolvent to a commercial carbonate electrolyte, NO3- , which is usually insoluble, can be introduced into the solvation structure of Li+ to form a conductive and stable solid electrolyte interface. At the same time, HF generation is suppressed by manipulating the solvation structure and a scavenging effect. As a result, the Coulombic efficiency (CE) of Li||Cu half cells using the designed carbonate electrolyte can reach 98.19% at room temperature and 96.14% at low temperature (-15 °C), and Li||LiFePO4 cells deliver a high capacity retention of 94.9% with a high CE of 99.6% after 550 cycles. This work provides a simple and effective way to extend the use of commercial carbonate electrolytes for next-generation battery systems.
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