Organic Nitrate Additive for High‐Rate and Large‐Capacity Lithium Metal Anode in Carbonate Electrolyte

电解质 阳极 材料科学 化学工程 阴极 金属 无机化学 X射线光电子能谱 化学 电极 冶金 物理化学 工程类
作者
Chao Chen,Qingfeng Zhou,Xiaodan Li,Bote Zhao,Yunhua Chen,Xunhui Xiong
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:8 (1): e2300839-e2300839 被引量:20
标识
DOI:10.1002/smtd.202300839
摘要

Abstract Lithium nitrate has been widely used to improve the interfacial stability of Li metal anode in ether electrolyte. However, the low solubility limits its application in carbonate electrolytes for high‐voltage Li metal batteries. Herein, nitrated polycaprolactone (PCL‐ONO 2 ), which is prepared via the acylation of polycaprolactone diol (PCL‐diol) followed by the grafting of nitrate group, has been proposed as an electrolyte additive to introduce high‐concentration NO 3 − into carbonate electrolytes for the first time. The theoretical calculations and X‐ray photoelectron spectroscopy depth profiling demonstrate that the PCL‐ONO 2 additive preferentially reacts with Li metal and in situ constructs a stable dual‐layered solid electrolyte interphase film, presenting an inner nitride‐rich layer and an outer flexible PCL‐based layer on the surface of Li metal anode. As a result, the Li metal anode delivers an impressive long‐term cycling performance over 1400 h at an elevated area capacity of 10.0 mAh cm −2 and an ultrahigh current density of 10.0 mA cm −2 in the Li symmetrical cells. Moreover, the PCL‐ONO 2 additive enables the full cells constructed by coupling high‐loading LiFePO 4 (20.0 mg cm −2 ) or LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 (16.5 mg cm −2 ) cathode and thin Li metal anode (≈50 µm) to demonstrate greatly improved cycling stability and rate capability.
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