Molecular Structure Optimization of Fluorinated Ether Electrolyte for All Temperature Fast Charging Lithium-Ion Battery

电解质 电池(电) 锂(药物) 乙醚 离子 锂离子电池 材料科学 化学 无机化学 有机化学 物理化学 热力学 物理 电极 内分泌学 功率(物理) 医学
作者
Peiyuan Ma,Cindy Xue,Ke-Hsin Wang,Priyadarshini Mirmira,Minh Canh Vu,O. L. Enriquez Rivera,Chibueze V. Amanchukwu
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (12): 6144-6152 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c01999
摘要

New electrolytes are needed to replace commercial carbonate electrolytes to enable a wider working temperature range, higher energy density, and faster charging of lithium-ion batteries (LIBs). Fluorinated diluents and solvents have shown promise in LIB electrolyte design, but most of them are considered per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) with significant environmental and health concerns. In this work, we design a family of non-PFAS, partially fluorinated ether solvents for LIB electrolytes. Through rational molecular design, an optimized rate capability is achieved by low viscosity, weak lithium-ion solvation, and high ion diffusivity. The optimized electrolytes enable a longer cycle life and better rate capability (up to 6 C) than previously reported fluorinated ethers or commercial carbonate electrolyte in graphite/LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (Gr/NMC811) full cells. In addition, they also show an extended working temperature window with stable long-term cycling from 60 to −40 °C. This work shows a promising path to next generation batteries capable of extreme conditions without introducing PFAS concerns.
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