Vinyl Silane‐Mediated Solvation Energetics Enable High‐Voltage Lithium‐Ion Batteries

材料科学 电解质 位阻效应 溶剂化 电化学 碳酸丙烯酯 化学工程 储能 电池(电) 石墨 电化学电位 阴极 纳米技术 电场 电化学电池 电化学窗口 工作(物理) 乙腈 石墨烯 比能量 载流子
作者
Junying Yin,Xuequan Zhu,Yuqi Zhang,Yue Lei,Qian Zhao,Zhijie Gao,Yeguo Zou,Sen Jiang,Yu Qiao,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (42) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/aenm.202504022
摘要

Abstract Raising the charging cut‐off voltage (>4.3 V) is essential for increasing lithium‐ion battery energy density. However, the accelerated oxidation behavior of electrolytes at the interface driven by the electric field has not been resolved. Herein, the study introduces 2,2,7,7‐tetramethyl‐4‐vinyl‐3,6‐dioxa‐2,7‐disilaoctane (TVDD) as a multifunctional electric double‐layer (EDL) mediator into carbonate‐based electrolytes. As an electric field‐insensitive additive, TVDD strongly coordinates with Li⁺, while the steric hindrance from its dual trimethylsilyl (TMS) groups displaces carbonate solvents from the Li + solvation shell, enriching PF 6 − at the interface and promoting anion‐dominated electrode‐electrolyte interphases (EEIs). Additionally, the dual TMS groups in TVDD scavenge HF, and the redox‐active vinyl group further stabilizes the EEI through in situ electrochemical polymerization, synergistically enhancing interfacial stability and kinetics. In practical applications, TVDD‐modified electrolytes enable a 500 mAh graphite (Gr) || LiNi 0.6 Co 0.1 Mn 0.3 O 2 (NCM613) pouch cell to achieve 1200 cycles with 88.7% capacity retention at 2.8–4.4 V, significantly outperforming conventional electrolytes (74.2% retention after 1000 cycles). TVDD also enhances the electrochemical performance and stability in Gr || NCM613 and Gr || LiCoO 2 pouch cells under 45 °C. This work presents a synergistic physicochemical approach for EDL regulation that combines steric shielding with redox‐active functionality to stabilize high‐voltage batteries, providing insights into the electrolyte chemistries.
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