Nonflammable functional electrolytes with all-fluorinated solvents matching rechargeable high-voltage Li-metal batteries with Ni-rich ternary cathode

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作者
Tianxiang Yang,Shuai Li,Wenlian Wang,Jing Lü,Weizhen Fan,Xiaoxi Zuo,Junmin Nan
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:505: 230055-230055 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230055
摘要

A nonflammable functional electrolyte with fluoroethylene carbonate (FEC) and ethyl difluoroacetate (EFA) solvents is developed to match the rechargeable Li-metal batteries (LMBs) with LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 cathode (NCM811). The NCM811/Li LMBs with 1 M LiPF 6 -FEC/EFA electrolyte exhibit an enhanced cycling retention of 74% after 150 cycles and an average coulombic efficiency of ~99.9% at 1 C under a charging cut-off voltage of 4.4 V. In contrast, the capacity retention and average coulombic efficiency of NCM811/Li LMBs with fluorocarbonate-based electrolyte are 28% and 99.5%, and the batteries with carbonate-based electrolyte are 8% and 97.2%, respectively. This FEC/EFA-based electrolyte also shows comparable low-temperature performance to carbonate-based electrolyte and is superior to fluorocarbonate-based electrolyte. It is indicated that this all-fluorinated solvent system can facilitate the formation of a durable and highly fluorinated interfacial layer on both cathode and Li-metal anode. Especially, the FEC/EFA-based electrolyte promotes the uniform Li deposition with less Li dendrites and lower polarization in the Li-metal anode, which reduces the decomposition of the electrolyte and enables stable cycling of LMBs. This FEC/EFA-based electrolyte shows promising prospects in the application of high-performance LMBs, and it also provides a novel idea for the design of all-fluorinated high-performance electrolyte to advance the commercialization of LMBs. • The FEC/EFA electrolyte exhibits high ionic conductivity and low viscosity. • The FEC/EFA electrolyte displays an efficient Li plating/stripping behavior. • The FEC/EFA electrolyte shows better performance than well-known FEC/FEMC. • The FEC/EFA can facilitate the formation of a highly fluorinated interfacial film. • The unique functions of the FEC/EFA electrolyte in the electrolyte are proposed.
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