Competitive Coordination of Ternary Anions Enabling Fast Li‐Ion Desolvation for Low‐Temperature Lithium Metal Batteries

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作者
Ping Liang,Honglu Hu,Dong Yang,Zhaodong Wang,Kuiming Liu,Guoyu Ding,Fangyi Cheng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (16) 被引量:113
标识
DOI:10.1002/adfm.202309858
摘要

Abstract Lithium metal batteries (LMBs) working at subzero temperatures are plagued by severe restrictions from the increased energy barrier of Li‐ion migration and desolvation. Herein, a competitive coordination strategy based on the ternary‐anion (TA) coupling of PF 6 − , TFSI − , and NO 3 − toward Li + to achieve an anti‐freezing electrolyte with rapid kinetics is proposed. Computational and spectroscopic analyses reveal that the repulsive interaction among three anions and the preponderant coordination of the Li + ‐NO 3 − further weaken the involvement degree of other anions in the Li + solvation structure. As a result, the formulated TA electrolyte exhibits low binding energy of Li + ‐anions (−4.62 eV), Li + desolvation energy (17.04 kJ mol −1 ), and high ionic conductivity (3.39 mS cm −1 at −60 °C), simultaneously promoting anion‐derived solid electrolyte interphase on Li anode. Assembled Li||LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 cells employing the TA electrolyte exhibit robust capacity retention of 86.74% over 200 cycles at 25 °C and deliver a specific cathode capacity of 103.85 mAh g −1 at −60 °C. This study will enlighten the rational design of multi‐anion electrolytes to tailor the Li + solvation/desolvation for advanced low‐temperature LMBs.
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