Deciphering and modulating energetics of solvation structure enables aggressive high-voltage chemistry of Li metal batteries

能量学 溶剂化 化学 金属 纳米技术 材料科学 生物 离子 冶金 生态学 有机化学
作者
Zunchun Wu,Ruhong Li,Shuo‐Qing Zhang,Ling Lv,Tao Deng,Hao Zhang,Ruixin Zhang,Jiangjiang Liu,Shouhong Ding,Li‐Wu Fan,Lixin Chen,Xiulin Fan
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:9 (3): 650-664 被引量:249
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2022.10.027
摘要

The stability of localized high-concentrated electrolytes (LHCEs) on the Li metal anode has been well established, but the understanding of its oxidation chemistry for high-voltage cathodes is unclear. Here, we demonstrate that the de-coordination between Li+ and solvents defines the anodic stability of LHCEs, which can be finely tuned by the ambient diluents. After screening the possible diluents, we found that 2H,3H-decafluoropentane (HFC) satisfies the principle of relatively weak but sufficient interactions with solvation shell, thus strengthening the Li+ coordination and offering electrolytes excellent antioxidant chemistry. The proposed HFC-LHCE enables practical Li metal batteries to realize >90% capacity retention with a Coulombic efficiency of 99.91% for >180 cycles under aggressive conditions (4.4 V 20-μm-Li||3.7-mAh cm−2-LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 and 4.5 V 20-μm-Li||4-mAh cm−2-LiCoO2 cells). This work presents guiding principles for improving electrolyte cathodic and anodic stability, which benefits the development of LHCEs and inspires the formulation of next-generation lithium batteries.
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