A Multifunctional Electrolyte Additive With Solvation Structure Regulation and Electrode/Electrolyte Interface Manipulation Enabling High‐Performance Li‐Ion Batteries in Wide Temperature Range

电解质 材料科学 阳极 溶剂化 电极 热稳定性 阴极 离子 大气温度范围 动力学 化学工程 物理化学 热力学 化学 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Xiwei Lan,Shanshan Yang,Meng Tao,Chaosheng Zhang,Xianluo Hu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (16) 被引量:97
标识
DOI:10.1002/aenm.202203449
摘要

Abstract Improving the tolerance of Li‐ion batteries (LIBs) to extreme temperatures and climates worldwide is vital to their global uptake. However, LIBs call for more strict requirements for the key components when operated in a wide temperature range, especially synchronously desirable interfacial kinetics and thermal stability. Here, a novel multifunctional electrolyte additive, N ‐tert‐butyl‐2‐thiophenesulfonamide (NTSA), to fabricate stable LIBs under wide‐temperature conditions, is reported. The Li‐ion solvation structure in the electrolyte is regulated and involves less coordinated solvents (particularly fluoroethylene carbonate), leading to superior Li + transportation. The effective NTSA additive is preferentially decomposed to form a uniform electrode/electrolyte interface with abundant multiphase inorganic LiF, Li 3 N, and LiS species simultaneously on the cathode and anode surface. The resulting inorganic‐rich interface can not only boost the interfacial Li‐ion transfer kinetics at low temperatures but also protect the active material and enhance the thermal stability of the interface and LIB devices at high temperatures. By adopting the NTSA‐containing electrolyte, LiCoO 2 ||ω‐Li 3 V 2 O 5 LIBs can be stably cycled in a wide temperature range between −30 °C and 80 °C, delivering a high capacity of ≈100.1 mAh g −1 (0.2 A g −1 ) at −20 °C and high capacity retention of 94.5% after 200 cycles (0.5 A g −1 ) at 55 °C.
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