Suspension electrolyte with modified Li+ solvation environment for lithium metal batteries

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作者
Mun Sek Kim,Zewen Zhang,Paul E. Rudnicki,Zhiao Yu,Jingyang Wang,Hansen Wang,Solomon T. Oyakhire,Yuelang Chen,Sang Cheol Kim,Wenbo Zhang,David T. Boyle,Xian Kong,Rong Xu,Zhuojun Huang,William Huang,Stacey F. Bent,Lin‐Wang Wang,Jian Qin,Zhenan Bao,Yi Cui
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:21 (4): 445-454 被引量:159
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01172-3
摘要

Designing a stable solid-electrolyte interphase on a Li anode is imperative to developing reliable Li metal batteries. Herein, we report a suspension electrolyte design that modifies the Li+ solvation environment in liquid electrolytes and creates inorganic-rich solid-electrolyte interphases on Li. Li2O nanoparticles suspended in liquid electrolytes were investigated as a proof of concept. Through theoretical and empirical analyses of Li2O suspension electrolytes, the roles played by Li2O in the liquid electrolyte and solid-electrolyte interphases of the Li anode are elucidated. Also, the suspension electrolyte design is applied in conventional and state-of-the-art high-performance electrolytes to demonstrate its applicability. Based on electrochemical analyses, improved Coulombic efficiency (up to ~99.7%), reduced Li nucleation overpotential, stabilized Li interphases and prolonged cycle life of anode-free cells (~70 cycles at 80% of initial capacity) were achieved with the suspension electrolytes. We expect this design principle and our findings to be expanded into developing electrolytes and solid-electrolyte interphases for Li metal batteries.
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