Unlocking Stable Operation of All‐Climate 4.6 V High‐Rate LiCoO 2 Batteries by Potential‐Dependent Interphase Engineering

材料科学 相间 电解质 锂(药物) 阴极 磁滞 纳米技术 电导率 氧化物 离子电导率 相(物质) 化学工程 氧化钴 锂钴氧化物 相变 工作(物理) 复合材料 储能 分解 活化能 电压 能量密度 溶解 降级(电信) 纳米尺度 法拉第效率 钴 电极 电流密度
作者
Jun Gan,Shuai Chen,Yuanqin Li,Chengfeng Li,Changyong Mo,Kuan Zhou,Youhao Liao,Zhexi Xiao,Weishan Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (21) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202522509
摘要

Abstract High‐voltage lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) cathodes promise enhanced energy density but suffer from severe interfacial degradation under the voltage exceeding 4.55 V and extreme conditions. Herein, the study demonstrates 2,2,3,3‐tetrafluoropropyl 4‐methylbenzenesulfonate (FPTS) as a dual‐functional electrolyte additive that enables stable 4.6 V high‐rate LiCoO 2 batteries operation across −20 to 55 °C via potential‐dependent interphase engineering. FPTS features a narrow highest occupied molecular orbital (HOMO)‐lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) gap (5.87 eV) and low Li + binding energy (−14.57 kJ mol −1 ), driving preferential decomposition to form fluorine (F)/sulfur (S)‐rich cathode‐electrolyte interphase (CEI)/solid‐electrolyte interphase (SEI) layers with superior ionic conductivity and mechanical robustness, significantly suppressing structural phase transition and interfacial degradation. Consequently, FPTS enables a record capacity delivery of 165 mAh g −1 under 10 C, far surpassing state‐of‐the‐art 4.6 V‐charged Li / LiCoO 2 batteries. The LiCoO 2 ||graphite full cells achieve improved performance in a wide temperature range. The practicality is further showcased by 1.6 Ah‐class pouch cells with 91% capacity retention after 100 cycles under 4.6 V. This work provides a molecular‐level design paradigm for all‐climate high‐energy‐density batteries.
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