Molecular anchoring of free solvents for high-voltage and high-safety lithium metal batteries

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作者
Zhuangzhuang Cui,Zhuangzhuang Jia,Digen Ruan,Qingshun Nian,Jiajia Fan,Shunqiang Chen,Zixu He,Dazhuang Wang,Jinyu Jiang,Jian‐Ping Ma,Xing Ou,Shuhong Jiao,Qingsong Wang,Xiaodi Ren
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46186-y
摘要

Constraining the electrochemical reactivity of free solvent molecules is pivotal for developing high-voltage lithium metal batteries, especially for ether solvents with high Li metal compatibility but low oxidation stability ( <4.0 V vs Li+/Li). The typical high concentration electrolyte approach relies on nearly saturated Li+ coordination to ether molecules, which is confronted with severe side reactions under high voltages ( >4.4 V) and extensive exothermic reactions between Li metal and reactive anions. Herein, we propose a molecular anchoring approach to restrict the interfacial reactivity of free ether solvents in diluted electrolytes. The hydrogen-bonding interactions from the anchoring solvent effectively suppress excessive ether side reactions and enhances the stability of nickel rich cathodes at 4.7 V, despite the extremely low Li+/ether molar ratio (1:9) and the absence of typical anion-derived interphase. Furthermore, the exothermic processes under thermal abuse conditions are mitigated due to the reduced reactivity of anions, which effectively postpones the battery thermal runaway.
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