Monolithic solid–electrolyte interphases formed in fluorinated orthoformate-based electrolytes minimize Li depletion and pulverization

电解质 材料科学 化学工程 阴极 相间 无定形固体 金属 无机化学 化学 冶金 有机化学 电极 物理化学 工程类 遗传学 生物
作者
Xia Cao,Xiaodi Ren,Lianfeng Zou,Mark Engelhard,William Huang,Hansen Wang,Bethany E. Matthews,Hongkyung Lee,Chaojiang Niu,Bruce W. Arey,Yi Cui,Chongmin Wang,Jie Xiao,Jun Liu,Wu Xu,Ji‐Guang Zhang
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:4 (9): 796-805 被引量:942
标识
DOI:10.1038/s41560-019-0464-5
摘要

Lithium (Li) pulverization and associated large volume expansion during cycling is one of the most critical barriers for the safe operation of Li-metal batteries. Here, we report an approach to minimize the Li pulverization using an electrolyte based on a fluorinated orthoformate solvent. The solid–electrolyte interphase (SEI) formed in this electrolyte clearly exhibits a monolithic feature, which is in sharp contrast with the widely reported mosaic- or multilayer-type SEIs that are not homogeneous and could lead to uneven Li stripping/plating and fast Li and electrolyte depletion over cycling. The highly homogeneous and amorphous SEI not only prevents dendritic Li formation, but also minimizes Li loss and volumetric expansion. Furthermore, this new electrolyte strongly suppresses the phase transformation of the LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode (from layered structure to rock salt) and stabilizes its structure. Tests of high-voltage Li||NMC811 cells show long-term cycling stability and high rate capability, as well as reduced safety concerns. Parasitic reactions between Li metal and electrolytes need to be mitigated in Li-metal batteries. Here, the authors report the use of a fluorinated orthoformate-based electrolyte, leading to a monolithic solid–electrolyte interphase and subsequently a high-performance Li-metal battery.
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