Intermolecular Interactions Mediated Nonflammable Electrolyte for High‐Voltage Lithium Metal Batteries in Wide Temperature

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作者
Yeguo Zou,Gang Liu,Yuqi Wang,Qian Li,Zheng Ma,Dongming Yin,Yao Liang,Zhen Cao,Luigi Cavallo,Hun Kim,Limin Wang,Husam N. Alshareef,Yang‐Kook Sun,Jun Ming
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (19) 被引量:168
标识
DOI:10.1002/aenm.202300443
摘要

Abstract High‐voltage lithium metal batteries are the most promising energy storage technology due to their excellent energy density (>400 Wh kg −1 ). However, the oxidation decomposition of conventional carbonate‐based electrolytes at the high‐potential cathode, the detrimental reaction between the lithium anode and electrolyte, particularly the uncontrolled lithium dendrite growth, always lead to a severe capacity decay and/or flammable safety issues, hindering their practical applications. Herein, a solvation structure engineering strategy based on tuning intermolecular interactions is proposed as a strategy to design a novel nonflammable fluorinated electrolyte. Using this approach, this work shows superior cycling stability in a wide temperature range (−40 °C to 60 °C) for a 4.4 V‐class LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (NCM811)‐based Li‐metal battery. By coupling the high‐loading of NCM811 cathode (3.0 mAh cm −2 ) and a controlled amount of lithium anode (twofold excess of Li deposition on Cu, Cu@Li) (N/P = 2), the Cu@Li || NCM811 full cell can cycle more than 162 cycles with high‐capacity retention of 80%. This work finds that the change of the coordination environment of Li + with solvent and PF 6 − by tuning intermolecular interaction is an effective method to stabilize the electrolyte and electrode performance. These discoveries can provide a pathway for electrolyte design in metal ion batteries.
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