A novel cathode interphase formation methodology by preferential adsorption of a borate-based electrolyte additive

相间 电解质 阴极 吸附 化学工程 无机化学 化学 材料科学 有机化学 电极 物理化学 工程类 遗传学 生物
作者
Danfeng Zhang,Jiabin Ma,Chen Zhang,Ming Liu,Ke Yang,Yuhang Li,Xing Cheng,Ziqiang Wang,Huiqi Wang,Wei Lv,Yan-bing He,Feiyu Kang
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:11 (8)
标识
DOI:10.1093/nsr/nwae219
摘要

ABSTRACT The coupling of high-capacity cathodes and lithium metal anodes promises to be the next generation of high-energy-density batteries. However, the fast-structural degradations of the cathode and anode challenge their practical application. Herein, we synthesize an electrolyte additive, tris(2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) borane (TPFPB), for ultra-stable lithium (Li) metal||Ni-rich layered oxide batteries. It can be preferentially adsorbed on the cathode surface to form a stable (B and F)-rich cathode electrolyte interface film, which greatly suppresses the electrolyte-cathode side reactions and improves the stability of the cathode. In addition, the electrophilicity of B atoms in TPFPB enhances the solubility of LiNO3 by 30 times in ester electrolyte to significantly improve the stability of the Li metal anode. Thus, the Li||Ni-rich layered oxide full batteries using TPFPB show high stability and an ultralong cycle life (up to 1500 cycles), which also present excellent performance even under high voltage (4.8 V), high areal mass loading (30 mg cm−2) and wide temperature range (−30∼60°C). The Li||LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 (NCM90) pouch cell using TPFPB with a capacity of 3.1 Ah reaches a high energy density of 420 Wh kg−1 at 0.1 C and presents outstanding cycling performance.
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