Cost-effective interfacial high-concentration electrolyte for stable lithium metal batteries

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作者
Wenya Wu,Tingting Li,Tuo Zhao,Rui Qiao,Yong Li,Shengjie Chen,Zirui Jiang,Siwen Zhang,Caiwang Mao,Deng Junkai,Jiangxuan Song
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-025-65697-w
摘要

High-concentration electrolytes are promising candidates for high-energy-density lithium metal batteries, yet their practical application is hindered by sluggish ionic transfer and high costs. Here, we show an interfacial high-concentration electrolyte that overcomes these limitations by localizing 5 M LiTFSI electrolyte at the Li anode surface, while maintaining a 1 M electrolyte in the bulk. This approach is facilitated by a bi-continuous phase-separated polymer layer that provides physical confinement and leverages hydrogen-bonding and ion-dipole interactions to prevent salt diffusion from the interfacial layer into the bulk electrolyte. This design preserves the high ionic conductivity of the bulk electrolyte while ensuring sufficient Li+ for rapid interfacial charge transfer. It also cuts lithium salt usage and associated costs by up to 70%, while retaining the benefits of high-concentration electrolytes, including the formation of a LiF-rich solid-electrolyte interphase. As a result, a 6.8 Ah Li | |NCM811 pouch cell delivers a specific energy of 506 Wh kg-1 at 0.1 C and maintains stable cycling over 200 cycles with 75.8% capacity retention at 0.5 C. This work demonstrates an effective electrolyte design that offers a cost-effective and sustainable pathway for high-energy-density lithium metal batteries. The practical application of high-concentration electrolytes are promising candidates for high-energy-density lithium metal batteries is hindered by sluggish ionic transfer and high costs. Here, authors show an interfacial high-concentration electrolyte (5 M LiTFSI) at the Li anode surface, maintaining a 1 M in the bulk, enabling a 506 Wh/kg Li-metal 6.8 Ah-pouch cell.
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