A multifunctional electrolyte with highly-coordinated solvation structure-in-nonsolvent for rechargeable lithium batteries

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作者
Hui Zhao,Jinlei Gu,Yuliang Gao,Qian Hou,Zengying Ren,Yaqin Qi,Kun Zhang,Chao Shen,Jun Zhang,Keyu Xie
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:51: 362-371 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2020.04.044
摘要

Non-flammable electrolyte with highly coordinated solvation structure-in-nonsolvent can not only suppress shuttle effect but also form highly fluorinated interphases to suppress lithium dendrite and stabilize NCM cathode. • A multifunctional electrolyte with highly-coordinated solvation structure-in-nonsolvent is designed. • Quasi-solid conversion of S in the sparingly solvating electrolyte suppresses shuttle effect. • In-situ-formed highly-fluorinated interphases can stabilize Li anode and NCM cathode. • The novel electrolyte is non-flammable for safe Li-based battery application. Rechargeable lithium-based battery is hailed as next-generation high-energy-density battery systems. However, growth of lithium dendrites, shuttle effect of lithium polysulfides intermediates and unstable interphase of high-voltage intercalation-type cathodes largely prevent their practical deployment. Herein, to fully conquer the three challenges via one strategy, a novel electrolyte with highly-coordinated solvation structure-in-nonsolvent is designed. On account of the particular electrolyte structure, the shuttle effect is completely suppressed by quasi-solid conversion of S species in Li-S batteries, with a stable cycle performance even at lean electrolyte (5 μL mg −1 ). Simultaneously, in-situ-formed highly-fluorinated interphases can not only lower Li + diffusion barrier to ensure uniform nucleation of Li but also improve stability of NCM cathodes, which enable excellent capacity retention of Li‖LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 batteries under conditions toward practical applications (high loading of 2.7 mAh cm −2 and lean electrolyte of 5 mL Ah −1 ). Besides, the electrolyte is also nonflammable. This electrolyte structure offers useful guidelines for the design of novel organic electrolytes for practical lithium-based batteries.
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