Design of a LiF‐Rich Solid Electrolyte Interphase Layer through Highly Concentrated LiFSI–THF Electrolyte for Stable Lithium Metal Batteries

电解质 法拉第效率 材料科学 阳极 锂(药物) 极化(电化学) 溶剂 金属 化学工程 无机化学 电极 金属锂 化学 有机化学 物理化学 冶金 内分泌学 工程类 医学
作者
Thuy Duong Pham,Abdullah Bin Faheem,Kyung‐Koo Lee
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (46): e2103375-e2103375 被引量:112
标识
DOI:10.1002/smll.202103375
摘要

Abstract Lithium metal is a promising anode material for lithium metal batteries (LMBs). However, dendrite growth and limited Coulombic efficiency (CE) during cycling have prevented its practical application in rechargeable batteries. Herein, a highly concentrated electrolyte composed of an ether solvent and lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) salt is introduced, which enables the cycling of a lithium metal anode at a high CE (up to ≈99%) without dendrite growth, even at high current densities. Using 3.85 m LiFSI in tetrahydrofuran (THF) as the electrolyte, a Li||Li symmetric cell can be cycled at 1.0 mA cm −2 for more than 1000 h with stable polarization of ≈0.1 V, and Li||LFP cells can be cycled at 2 C (1 C = 170 mA g −1 ) for more than 1000 cycles with a capacity retention of 94.5%. These excellent performances are observed to be attributed to the increased cation–anion associated complexes, such as contact ion pairs and aggregate in the highly concentrated electrolyte; revealed by Raman spectroscopy and theoretical calculations. These results demonstrate the benefits of a high‐concentration LiFSI–THF electrolyte system, generating new possibilities for high‐energy‐density rechargeable LMBs.
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