Non-fluorinated Asymmetric Ether Electrolytes with Controlled Solvation Structure for High-Voltage Lithium Metal Batteries

金属锂 溶剂化 电解质 锂(药物) 乙醚 材料科学 金属 化学 无机化学 有机化学 离子 物理化学 电极 医学 内分泌学
作者
Lea Pompizii,Mingliang Liu,Dong-Min Park,Leonie Braks,Kyunam Lee,Mounir Mensi,Jang Wook Choi,Ali Coşkun
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (8): 3900-3906 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c01943
摘要

Ether-based electrolytes are well-suited for lithium metal anodes but suffer from limited oxidative stability, restricting their use with high-voltage cathodes. Fluorination has been employed to mitigate this challenge; however, their recycling poses environmental challenges. Increasing salt concentration can enable the use of non-fluorinated ethers but often results in larger ion clusters, compromising conductivity and rate capability. Here, we design amphiphilic ether solvents, 1-(2-methoxyethoxy)butane (M4C) and 1-(2-methoxyethoxy)hexane (M6C), to promote preferential contact ion pair (CIP) formation across different LiFSI concentrations, breaking the usual linear cluster size–concentration relationship. Notably, 2 M LiFSI in M4C supports stable cycling of a 20 μm lithium metal anode paired with an NMC811 cathode at 4.3 V for over 200 cycles under stringent conditions (N/P = 2.5). The electrolyte also delivers robust performance under fast charging (3C) and slow discharging (1C), demonstrating its potential for high-energy, high-rate lithium metal batteries without relying on fluorinated solvents.
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