Controlling Li Dendritic Growth in Graphite Anodes by Potassium Electrolyte Additives for Li-Ion Batteries

材料科学 电解质 阳极 石墨 电化学 电极 扩散 无机化学 相间 枝晶(数学) 化学工程 复合材料 化学 遗传学 生物 数学 热力学 物理 工程类 物理化学 几何学
作者
Sanghamitra Moharana,Geoff West,Marc Walker,Xinjie S. Yan,Melanie Loveridge
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (37): 42078-42092 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsami.2c11175
摘要

Fast charging promotes Li dendrite formation and its growth on graphite anodes, which affects cell performance in Li-ion batteries (LIBs). This work reports the formation of a robust SEI layer by introducing a KPF6 inorganic additive into the electrolyte. An optimal concentration of 0.001 M KPF6 effectively inhibits the growth of Li dendrites at 2C charging rates, compared with a commercial electrolyte. Electrolytes containing a KPF6 additive are shown here to deliver dual effects to mitigate the growth of dendrites. A thin LiF-rich SEI layer is formed on graphite, which blocks the electron leakage pathways. Additionally, K+ resides at defect sites (such as particle boundaries) due to its faster diffusion rate and blocks the incoming Li+ and restricts the growth of Li dendrites. The electrolyte with optimum concentration of KPF6, i.e., 0.001 M, effectively directs Li+ transport through the thin, durable, and low resistance LiF-rich SEI layer. This has implications for fast charging through optimization of the electrode/electrolyte interphase by controlling additive concentrations.
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