Interfacial solvation-structure regulation for stable Li metal anode by a desolvation coating technique

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作者
Guo‐Xing Li,Peter Lennartz,Volodymyr Koverga,Rong Kou,Au Nguyen,Heng Jiang,Meng Liao,Daiwei Wang,Naveen K. Dandu,Michael Zepeda,Haiying Wang,Ke Wang,Anh T. Ngo,Gunther Brunklaus,Donghai Wang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (4) 被引量:3
标识
DOI:10.1073/pnas.2311732121
摘要

Rechargeable lithium (Li) metal batteries face challenges in achieving stable cycling due to the instability of the solid electrolyte interphase (SEI). The Li-ion solvation structure and its desolvation process are crucial for the formation of a stable SEI on Li metal anodes and improving Li plating/stripping kinetics. This research introduces an interfacial desolvation coating technique to actively modulate the Li-ion solvation structure at the Li metal interface and regulate the participation of the electrolyte solvent in SEI formation. Through experimental investigations conducted using a carbonate electrolyte with limited compatibility to Li metal, the optimized desolvation coating layer, composed of 12-crown-4 ether-modified silica materials, selectively displaces strongly coordinating solvents while simultaneously enriching weakly coordinating fluorinated solvents at the Li metal/electrolyte interface. This selective desolvation and enrichment effect reduce solvent participation to SEI and thus facilitate the formation of a LiF-dominant SEI with greatly reduced organic species on the Li metal surface, as conclusively verified through various characterization techniques including XPS, quantitative NMR, operando NMR, cryo-TEM, EELS, and EDS. The interfacial desolvation coating technique enables excellent rate cycling stability (i.e., 1C) of the Li metal anode and prolonged cycling life of the Li||LiCoO
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