Nitrate Additives Coordinated with Crown Ether Stabilize Lithium Metal Anodes in Carbonate Electrolyte

电解质 材料科学 无机化学 阳极 阴极 溶解 冠醚 碳酸盐 化学工程 法拉第效率 化学 离子 有机化学 冶金 电极 物理化学 工程类
作者
Sichen Gu,Siwei Zhang,Junwei Han,Yaqian Deng,Chong Luo,Guangmin Zhou,Yan‐Bing He,Guodan Wei,Feiyu Kang,Wei Lv,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (28) 被引量:97
标识
DOI:10.1002/adfm.202102128
摘要

Abstract Lithium metal anodes (LMAs) are promising for next‐generation batteries but have poor compatibility with the widely used carbonate‐based electrolytes, which is a major reason for their severe dendrite growth and low Coulombic efficiency (CE). A nitrate additive to the electrolyte is an effective solution, but its low solubility in carbonates is a problem that can be solved using a crown ether, as reported. A rubidium nitrate additive coordinated with 18‐crown‐6 crown ether stabilizes the LMA in a carbonate electrolyte. The coordination promotes the dissolution of NO 3 − ions and helps form a dense solid electrolyte interface that is Li 3 N‐rich which guides uniform Li deposition. In addition, the Rb (18‐crown‐6) + complexes are adsorbed on the dendrite tips, shielding them from Li deposition on the dendrite tips. A high CE of 97.1% is achieved with a capacity of 1 mAh cm −2 in a half cell, much higher than when using the additive‐free electrolyte (92.2%). Such an additive is very compatible with a nickel‐rich ternary cathode at a high voltage, and the assembled full battery with a cathode material loading up to 10 mg cm −2 shows an average CE of 99.8% over 200 cycles, indicating a potential for practical use.
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