Anion‐Reduction‐Catalysis Induced LiF‐Rich SEI Construction for High‐Performance Lithium‐Metal Batteries

法拉第效率 材料科学 阳极 成核 催化作用 电解质 锂(药物) 化学工程 阴极 纳米技术 电极 化学 有机化学 物理化学 医学 内分泌学 工程类
作者
Chunqiao Jin,Andrew Xiang,Zixuan Wang,Qianqian He,Bixuan Li,Xiaokun Zhang,Yong Xiang,Pengbo Zhai,Yongji Gong
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
被引量:3
标识
DOI:10.1002/aenm.202402811
摘要

Abstract The practical application of lithium‐metal batteries (LMBs) remains impeded by uncontrollable Li dendrite growth and unstable solid‐state electrolyte interphase (SEI) on lithium‐metal anodes. Constructing the inorganic‐rich SEI is considered as an effective strategy to realize the dense Li deposition and inhibit interfacial side reactions, thereby improving the lifespans of LMBs. Herein, an anion‐reduction‐catalysis mechanism is proposed to design a LiF‐rich SEI utilizing 2D tellurium (Te) nanosheets as catalysts, which are homogenously implanted on the substrate. Lithiophilic Te nanosheets can induce uniform Li nucleation and deposition through in situ lithiation reactions, while the resulting product Li 2 Te can reduce the energy barrier for anion decomposition and promote the generation of LiF in the SEI. Consequently, Li dendrite growth and interfacial side reactions are effectively suppressed, enabling long‐cycle‐life LMBs. The Te‐modified electrode in half‐cells delivers superior cycle life exceeding 500 cycles and a high average Coulombic efficiency of 97.8% at 5 mAh cm −2 . The high‐energy‐density (405 Wh kg −1 ) pouch cells pairing the Te‐modified Li anodes with high‐mass‐loading LiNi 0.9 Co 0.05 Mn 0.05 O 2 (NCM90) cathodes exhibit stable cycling performance with a high average Coulombic efficiency of 99.3% in carbonate electrolytes. This work provides a promising anion catalyst design for LiF‐rich SEI and paves the way for developing high‐energy‐density LMBs.
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