Tuning a Solvation Structure of Lithium Ions Coordinated with Nitrate Anions through Ionic Liquid‐Based Solvent for Highly Stable Lithium Metal Batteries

溶剂化 离子液体 锂(药物) 材料科学 溶剂 电化学 无机化学 离子电导率 法拉第效率 化学工程 电解质 有机化学 物理化学 化学 电极 催化作用 内分泌学 工程类 医学
作者
Gaoxu Huang,Yaqi Liao,Xin Zhao,Xiaopan Jin,Zhaoda Zhu,Min Guan,Yongsheng Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (6) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adfm.202211364
摘要

Abstract Rational design of promising electrolyte is considered as an effective strategy to improve the cycling stability of lithium metal batteries (LMBs). Here, an elaborately designed ionic liquid‐based electrolyte is proposed that is composed of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide as the lithium salt, 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium nitrate ionic liquid ([EMIm][NO 3 ] IL) and fluoroethylene carbonate (FEC) as the functional solvents, and 1,2‐dimethoxyethane (DME) as the diluent solvent. Using [EMIm][NO 3 ] IL as the solvent component facilitates a special Li + ‐coordinated NO 3 − solvation structure, which enables the continues electrochemical reduction of solvated NO 3 − and the formation of remarkably stable and conductive solid electrolyte interface. With FEC as another functional solvent and DME as the diluent solvent, the formulated electrolyte delivers high oxidative stability and ionic conductivity, and endows improved electrochemical reaction kinetics. Therefore, the formulated electrolyte demonstrates exceedingly reversible and stable Li stripping/plating behavior with high average Coulombic efficiency (98.8%) and ultralong cycling stability (3500 h). Notably, the high‐voltage Li|LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 full cell with IL‐based electrolyte exhibits enhanced cyclability with a capacity retention of 65% after 200 cycles under harsh conditions of low negative/positive ratio (3.1) and lean electrolyte (2.5 µL mg −1 ). This study creates the first NO 3 − ‐based ionic liquid electrolyte and evokes the avenue for practical high‐voltage LMBs.
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