Manipulating Interfacial Stability via Preferential Absorption for Highly Stable and Safe 4.6 V LiCoO2 Cathode

电解质 阴极 材料科学 化学工程 电极 合理设计 吸收(声学) 化学 化学物理 纳米技术 复合材料 物理化学 工程类
作者
Long Chen,Xin He,Yiqing Chen,Youmin Hou,Yujie Zhang,Kangli Wang,Xinping Ai,Yuliang Cao,Zhongxue Chen
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1007/s40820-025-01694-4
摘要

Abstract Elevating the upper cutoff voltage to 4.6 V could effectively increase the reversible capacity of LiCoO 2 (LCO) cathode, whereas the irreversible structural transition, unstable electrode/electrolyte interface and potentially induced safety hazards severely hinder its industrial application. Building a robust cathode/electrolyte interface film by electrolyte engineering is one of the efficient approaches to boost the performance of high-voltage LCO (HV-LCO); however, the elusive interfacial chemistry poses substantial challenges to the rational design of highly compatible electrolytes. Herein, we propose a novel electrolyte design strategy and screen proper solvents based on two factors: highest occupied molecular orbital energy level and LCO absorption energy. Tris (2, 2, 2-trifluoroethyl) phosphate is determined as the optimal solvent, whose low defluorination energy barrier significantly promotes the construction of LiF-rich cathode/electrolyte interface layer on the surface of LCO, thereby eventually suppresses the phase transition and enhances Li + diffusion kinetics. The rationally designed electrolyte endows graphite||HV-LCO pouch cells with long cycle life (85.3% capacity retention after 700 cycles), wide-temperature adaptability (− 60–80 °C) and high safety (pass nail penetration). This work provides new insights into the electrolyte screening and rational design to constructing stable interface for high-energy lithium-ion batteries.
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