Hybrid Aqueous/Non-aqueous Electrolyte for Safe and High-Energy Li-Ion Batteries

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作者
Fei Wang,Oleg Borodin,Michael S. Ding,Mallory Gobet,Jenel Vatamanu,Xiulin Fan,Tao Gao,Nico Eidson,Yujia Liang,Wei Sun,Steve Greenbaum,Kang Xu,Chunsheng Wang
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:2 (5): 927-937 被引量:361
标识
DOI:10.1016/j.joule.2018.02.011
摘要

Recent breakthroughs in aqueous electrolytes made highly safe 3.0 V class aqueous Li-ion batteries possible. However, the formed solid-electrolyte interphase therein still cannot effectively support the desired energy-dense anode and cathode materials. In this work, we report a new class of electrolytes, by hybridizing aqueous with non-aqueous solvents, that inherits the non-flammability and non-toxicity characteristics from aqueous and better electrochemical stability from non-aqueous systems. The secondary interphasial ingredient (alkylcarbonate) introduced by non-aqueous component helps to expand the electrochemical window of the hybridized electrolyte to 4.1 V, which supports the operation of a 3.2 V aqueous Li-ion battery based on Li4Ti5O12 and LiNi0.5Mn1.5O4 to deliver a high energy density of 165 Wh/kg for >1,000 cycles. The understanding of how a better interphase could be tailored by regulating the inner-Helmholtz interfacial structures of the hybridized electrolyte provides important guidelines for designing future electrolytes and interphases for new battery chemistries.
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