A Novel Potassium Salt Regulated Solvation Chemistry Enabling Excellent Li‐Anode Protection in Carbonate Electrolytes

电解质 阳极 材料科学 溶剂化 碳酸乙烯酯 无机化学 吸附 化学工程 碳酸盐 离子 化学 有机化学 电极 物理化学 冶金 工程类
作者
Shenghang Zhang,Xiangchun Zhuang,Xiaofan Du,Xiaohu Zhang,Jiedong Li,Gaojie Xu,Zhongqin Ren,Zili Cui,Lang Huang,Shitao Wang,Fun Sun,Lixin Qiao,Shanmu Dong,Guanglei Cui
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (25): e2301312-e2301312 被引量:72
标识
DOI:10.1002/adma.202301312
摘要

Abstract In lithium‐metal batteries (LMBs), the compatibility of Li anode and conventional lithium hexafluorophosphate‐(LiPF 6 ) carbonate electrolyte is poor owing to the severe parasitic reactions. Herein, to resolve this issue, a delicately designed additive of potassium perfluoropinacolatoborate (KFPB) is unprecedentedly synthesized. On the one hand, KFPB additive can regulate the solvation structure of the carbonate electrolyte, promoting the formation of Li + FPB − and K + PF 6 − ion pairs with lower lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels. On the other hand, FPB − anion possesses strong adsorption ability on Li anode. Thus, anions can preferentially adsorb and decompose on the Li‐anode surface to form a conductive and robust solid‐electrolyte interphase (SEI) layer. Only with a trace amount of KFPB additive (0.03 m ) in the carbonate electrolyte, Li dendrites’ growth can be totally suppressed, and Li||Cu and Li||Li half cells exhibit excellent Li‐plating/stripping stability upon cycling. Encouragingly, KFPB‐assisted carbonate electrolyte enables high areal capacity LiCoO 2 ||Li, LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (NCM811)||Li, and LiNi 0.8 Co 0.05 Al 0.15 O 2 (NCA)||Li LMBs with superior cycling stability, showing its excellent universality. This work reveals the importance of designing novel additives to regulate the solvation structure of carbonate electrolytes in improving its interface compatibility with the Li anode.
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