Engineered Interface and Spatial Arrangement of Inorganic Components for Dendrite‐Free Li Anodes in Carbonate‐Based Electrolyte

材料科学 电解质 枝晶(数学) 阳极 碳酸盐 接口(物质) 化学工程 纳米技术 电极 冶金 复合材料 物理化学 工程类 数学 化学 毛细管数 毛细管作用 几何学
作者
Qiannan Zhao,Kaiqi Zhao,Jae‐Hoon Baek,Ronghua Wang,Chaohe Xu,Jong‐Beom Baek
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202514348
摘要

Abstract The practical application of lithium metal batteries (LMBs) in carbonate‐based electrolytes is hindered by uncontrolled lithium (Li) deposition behavior. Here, a calcium fluoride (CaF 2 ) functionalized polyethylene (PE) separator (CF‐PE) is developed to spatially rearrange the inorganic components at the Li anode interface. A spontaneous cation exchange reaction between CaF 2 and detrimental lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) generates a high modulus lithium fluoride (LiF) layer on the surface of the CF‐PE separator with a robust calcium carbonate (CaCO 3 ) enriched solid electrolyte interphase (SEI), enabling dense Li deposition behavior. As a result, the CF‐PE separator enabled an extended Li deposition lifespan of more than 1100 h at 1 mAh cm −2 and 650 h at 3 mAh cm −2 . In Li||NMC622 full cells, the CF‐PE separator enabled stable operation over 850 cycles with a low capacity decay rate of 0.025% per cycle. Additionally, the separator retained its structural integrity at 150 °C, with stable cycling of the full cell at 80 °C, greatly outperforming a commercial PE separator. This work presents a practical strategy for constructing dendrite‐free LMBs using carbonate‐based electrolytes with enhanced electrochemical and environmental tolerance.

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