Moderately concentrated electrolyte enabling high-performance lithium metal batteries with a wide working temperature range

电解质 碳酸乙烯酯 材料科学 锂(药物) 阳极 过电位 化学工程 阴极 金属 无机化学 电化学 化学 冶金 电极 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Sisi Wang,Zhichen Xue,Fulu Chu,Zengqiang Guan,Jie Lei,Feixiang Wu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:79: 201-210 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.12.060
摘要

The electrolyte integrated with lithium metal anodes is subjected to the issues of interfacial compatibility and stability, which strongly influence the performances of high-energy lithium metal batteries. Here, we report a new electrolyte recipe viz. a moderately concentrated electrolyte comprising of 2.4 M lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) in a cosolvent mixture of fluorinated ethylene carbonate (FEC) and dimethyl carbonate (DMC) with relatively high ion conductivity. Owing to the preferential decomposition of LiFSI and FEC, an inorganic-rich interphase with abundant Li2O and LiF nanocrystals is formed on lithium metal with improved robustness and ion transfer kinetics, enabling lithium plating/stripping with an extremely low overpotential of ∼ 8 mV and the average CE of 97%. When tested in Li||LiFePO4 cell, this electrolyte provides long-term cycling with a capacity retention of 98.3% after 1000 cycles at 1 C and an excellent rate performance of 20 C, as well as an areal capacity of 1.35 mA h cm−2 at the cathode areal loading of 9 mg cm−2. Moreover, the Li||LiFePO4 cell exhibits excellent wide-temperature performances (-40 ∼ 60 ℃), including long-term cycling stability over 2600 cycles without visible capacity fading at 0 ℃, as well as extremely high average CEs of 99.6% and 99.8% over 400 cycles under −20 ℃ and 45 ℃.
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