Influence of lithium salt anions on the interfacial properties of PEO-based solid-state electrolytes

电解质 锂(药物) 盐(化学) 无机化学 化学 高氯酸锂 电化学 固态 材料科学 快离子导体 化学工程 有机化学 物理化学 电极 医学 工程类 内分泌学
作者
Yimin Wei,An Qiu,Jingchao Wang,Yu Gu,Jian‐Feng Li
出处
期刊:Electrochemistry Communications [Elsevier BV]
卷期号:177: 107979-107979 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.elecom.2025.107979
摘要

The use of poly(ethylene oxide) (PEO)-based solid-state electrolytes have shown potential to improve both the energy density and safety performance of lithium-metal batteries. However, these electrolytes often form unstable interfaces with lithium metal anodes, compromising the durability and sustained performance of solid-state lithium-metal batteries. In this study, three lithium salts, lithium (fluorosulfonyl) (trifluoromethanesulfonyl)imide (LiFTFSI), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), were each mixed in equimolar ratios with tetraethylene glycol dimethyl ether (G4) and introduced as a conductivity enhancer in PEO-based solid-state electrolytes. The effects of the lithium salt anions on the electrolyte properties were systematically investigated. Among the three, the fluorosulfonyl group was found to enhance ionic conductivity, while the trifluoromethanesulfonyl group improved thermal stability. Notably, the synergistic interaction between these two groups in LiFTFSI led to the formation of a stable solid-electrolyte interphase (SEI), characterized by a higher content of inorganic species and reduced organic components. As a result, LiFTFSI/G4-based solid-state electrolytes enabled stable cycling for 200 cycles at a 0.5C rate in LiFePO 4 -based solid-state lithium-metal batteries, achieving a capacity retention of 91 %. This study provides valuable insights into the optimization of high-efficiency solid-state lithium-metal batteries by elucidating the distinct roles of lithium salt anions. • The effect of anions on the properties of solid-state electrolytes is investigated. • The synergistic effect of SO 2 F and SO 2 CF 3 promotes the formation of a stable SEI. • LiFTFSI-based PEO electrolyte enables a high-performance Li||LiFePO 4 batteries.
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