Multifunctional nitrile additives for inducing pseudo-concentration gel-polymer electrolyte: Enabling stable high-voltage lithium metal batteries

材料科学 电解质 锂(药物) 金属锂 聚合物 金属 聚合物电解质 化学工程 无机化学 复合材料 电极 有机化学 冶金 离子电导率 化学 医学 物理化学 工程类 内分泌学
作者
Chi Guo,Yaqing Guo,Shu-Hao Yao,Runming Tao,Xiaolang Liu,Jianxin Wang,Haifeng Li,Huiying Li,Chang Hong,Jiazhi Geng,Xiao‐Guang Sun,Jianlin Li,Jiyuan Liang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:71: 103683-103683 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103683
摘要

High-voltage lithium metal batteries (LMBs) are promising for next-generation high-energy storage systems. Unfortunately, their implementation has been severely plagued by the interfacial instability between the high-voltage cathodes/lithium metal (LM) anodes and electrolytes. To tackle these challenges, a novel nitrile additive, 1,4-dicyanobenzene (DCB) (Synonyms: terephthalonitrile), is added to the in situ polymerized pentaerythritol tetraacrylate-based gel polymer electrolyte (GPE). The DCB additive, as demonstrated both theoretically and experimentally, plays a crucial role in altering the Li+ coordinated solvation structure within the GPE. This alteration leads to the formation of a pseudo-concentrated electrolyte with a tightly packed Li+ cluster, expanding the electrochemical stability window of the electrolyte. Moreover, the DCB-included GPE significantly improves its compatibility with both LM anode and high-voltage cathode, attributed to the modified solvation structure and the generated LiF-rich electrolyte/electrode interphases. Accordingly, the GPE enables stable cyclic performance of LMBs based on a 4.9 V LiNi0.5Mn1.5O4 cathode at a low relative negative/positive ratio of 4, achieving a high reversible capacity of 123.8 mAh g−1 with a capacity retention of 87.7 % over 500 cycles at 0.5 C. This work provides new insights into enhancing the cyclability of high-voltage LMBs via the synergistic effect of additives and GPE.
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