Lithium–Iron (III) Fluoride Battery with Double Surface Protection

材料科学 阴极 电解质 氟化物 电化学 电池(电) 锂(药物) 化学工程 磷酸钒锂电池 无机化学 溶解 氟化锂 电极 化学 物理化学 物理 工程类 内分泌学 功率(物理) 医学 量子力学
作者
Enbo Zhao,Oleg Borodin,Xiaosi Gao,Danni Lei,Yiran Xiao,Xiaolei Ren,Wenbin Fu,Alexandre Magasinski,Kostiantyn Turcheniuk,Gleb Yushin
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (26) 被引量:75
标识
DOI:10.1002/aenm.201800721
摘要

Abstract Lithium–metal fluoride batteries promise significantly higher energy density than the state‐of‐the‐art lithium‐ion batteries and lithium–sulfur batteries. Unfortunately, commercialization of metal fluoride cathodes is prevented by their high resistance, irreversible structural change, and rapid degradation. In this study, a substantial boost in metal fluoride (MF) cathode stability by designing nanostructure with two layers of protective shells—one deposited ex situ and the other in situ is demonstrated. Such methodology achieves over 90% capacity retention after 300 charge–discharge cycles, producing the first report on FeF 3 as a cathode material, where a very high capacity utilization in combination with excellent stability is approaching the level needed for practical applications of FeF 3 . The cathode solid electrolyte interphase (CEI) containing lithium oxalate and BF bond containing anions is found to effectively protect the cathode material from direct contact with electrolytes, thus greatly suppressing the dissolution of Fe. Quantum chemistry and molecular dynamics calculations provide unique insights into the mechanisms of CEI layer formation. As a result, this work not only demonstrates unprecedented performance, but also provides the reader with a better fundamental understanding of electrochemical behavior of MF cathodes and the positive impact observed with the application of a lithium bis(oxalato)borate salt in the electrolyte.

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