Improving Electrochemical Stability and Low‐Temperature Performance with Water/Acetonitrile Hybrid Electrolytes

材料科学 乙腈 电解质 电化学 电化学窗口 水溶液 化学工程 无机化学 电极 离子电导率 有机化学 物理化学 工程类 化学
作者
Jiawei Chen,Jenel Vatamanu,Lidan Xing,Oleg Borodin,Huiyang Chen,Xiongcong Guan,Xiang Liu,Kang Xu,Weishan Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (3) 被引量:258
标识
DOI:10.1002/aenm.201902654
摘要

Abstract Although the “water‐in‐salt” electrolyte has significantly expanded the electrochemical stability window of aqueous electrolytes from 1.23 to 3 V, its inevitable hydrogen evolution under 1.9 V versus Li + /Li prevents the practical use of many energy‐dense anodes. Meanwhile, its liquidus temperature at 17 °C restricts its application below ambient temperatures. An advanced hybrid electrolyte is proposed in this work by introducing acetonitrile (AN) as co‐solvent, which minimizes the presence of interfacial water at the negatively charged electrode surface, and generates a thin and uniform interphase consisting of an organic outer layer based on nitrile (CN) and sulfamide (R‐S‐N‐S) species and an inner layer rich in LiF. Such an interphase significantly suppresses water reduction and expands the electrochemical stability window to an unprecedented width of 4.5 V. Thanks to the low freezing point (−48 °C) and low viscosity of AN, the hybrid electrolyte is highly conductive in a wide temperature range, and enables a LiMn 2 O 4 /Li 4 Ti 5 O 12 full cell at both ambient and sub‐ambient temperatures with excellent cycling stability and rate capability. Meanwhile, such a hybrid electrolyte also inherits the nonflammable nature of aqueous electrolyte. The well‐balanced merits of the developed electrolyte make it suitable for high energy density aqueous batteries.
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