Synergistic dual-additive regulated carbonate electrolyte stabilizes bidirectional interface for aggressive Ni-rich Li-metal full batteries

材料科学 电解质 碳酸盐 金属 对偶(语法数字) 接口(物质) 化学工程 冶金 复合材料 电极 物理化学 化学 艺术 毛细管作用 工程类 文学类 毛细管数
作者
Kun Wang,Xiangxiang Wang,Waqar Ahmad,Jing Zhao,Han Li,Liguang Wang,Zhengwei Wan,Wei Jiang,Siying Li,Fan Yang,Min Ling,Jun Chen,Zhu Weiwei,Chengdu Liang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:128: 109862-109862 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109862
摘要

The escalating energy demands underscore the importance of Ni-rich Li-metal batteries (LMBs); however, their aggressive bidirectional electrode-electrolyte interfacial issues hinder the practical implementation. Overcoming the limited solubility (∼800 ppm) of lithium nitrate (LiNO3) in commercially available carbonate electrolytes holds promise. Nevertheless, unintended effects caused by solubilizers raise emerging concerns. Herein, an additive solubilized additive strategy is introduced to synergistically stabilize the Ni-rich cathode and Li-metal anode (LMA) in carbonate electrolytes, where tris (2, 2, 2-trifluoroethyl) borate (TTFEB) as a solubilizer utilizes its electron-deficient B atom to snatch electron-rich NO3- anion of insoluble LiNO3 and thus forms a unique TTFEB-LiNO3 solvation structure in carbonate electrolytes. Valuably, the dual-additive electrolyte facilitates the formation of a robust LiF/Li3N-rich solid electrolyte interphase on LMA and a thin, uniform F, B, N-rich cathode electrolyte interphase on Ni-rich cathode, effectively suppressing the breeding of Li dendrites and mitigating the structure degradation of Ni-rich cathode. Consequently, the full cell, featuring a thin Li anode (50 µm) and a high-loading NCM811 cathode (4.04 mAh cm−2) in the dual-additive electrolyte, demonstrates a notable capacity retention of 81.5 % after 140 cycles. This work reveals the intricated LiNO3-carbonate solvation chemistry, inspiring further advancements in electrolyte engineering for practical LMBs.
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