Electrolyte Solvation Engineering toward High-Rate and Low-Temperature Silicon-Based Batteries

溶剂化 电解质 材料科学 电池(电) 扩散 熔点 电化学 阴极 离子 电极 化学工程 化学 热力学 物理化学 有机化学 工程类 功率(物理) 物理
作者
Zhang Cao,Xueying Zheng,Mi Zhou,Tong Zhao,Linze Lv,Yuchen Li,Zhongqiang Wang,Wei Luo,Honghe Zheng
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (10): 3581-3592 被引量:81
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c01840
摘要

Silicon (Si)-based batteries can only work in a narrow temperature range, where their subzero operation has been severely hampered by the sluggish charge transfer and ion diffusion processes. In overcoming such kinetic barriers, a weakly solvating electrolyte is tailored herein, which bypasses the Li+ desolvation difficulties by its fluorinated structure that lowers the Li+ solvating capability. Specifically, our recipe is based on 1 M LiFSI in fluoroethylene carbonate (FEC)/bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate (BTFC) solvents. Additional incorporation of poor-solvating ethyl trifluoroacetate (ETFA) cosolvent further weakens the electrolyte solvation power, while efficaciously lowering the electrolyte viscosity and melting point. Such a combination affords prolonged Si cyclability for 200 cycles at RT (capacity-decay rate of 0.0945% per cycle). Even at −20 °C, the Si electrode still delivers a discharge capacity as high as 2005.7 mAh g–1 that proceeds for 200 cycles. Pairing with a commercial LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode, the full cell affords a capacity of 104.6 mAh g–1 when being charged/discharged at −20 °C, which presented quite stable performance over 100 cycles.
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