Accelerating lithium ion transport via increasing the entropy of the electrolyte for stable lithium metal batteries

电解质 溶剂化 化学 锂(药物) 无机化学 扩散 离子 离子电导率 化学工程 热力学 物理化学 电极 有机化学 内分泌学 工程类 物理 医学
作者
Chuan Wang,Tenglong Ouyang,Xinxiang Wang,Sheng Liu,Guilei Tian,Fengxia Fan,Pengfei Liu,Shuhan Wang,Chenrui Zeng,Chaozhu Shu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:99: 384-392 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.07.066
摘要

Promoting inorganic-rich solid-electrolyte interphase (SEI) formation by constructing anion-rich solvated structures is a promising strategy for improving the long-term cycling of lithium-metal batteries. However, the increase of anions within the solvated structure inevitably reduces the coordination of Li+ with the solvent, which leads to a low lithium diffusion coefficient and a decreased lithium conductivity. Here, high entropy electrolyte is achieved by increasing the molecular diversity in electrolyte. Multiple anions (TFSI−, FSI−, NO3− and PF6−) presented in entropy electrolyte individually coordinate with Li+, creating a diverse and anion-rich solvation structure. The large variety of solvation structures leads to a diversified Li+ diffusion barriers in the electrolyte, which results in the increase of channels available for Li+ diffusion. Thus, three-dimensional diffusion with high Li+ diffusion coefficient occurs in HE electrolytes. Furthermore, the anion-rich solvation structures promote the formation of the inorganic-rich SEI. As a result, over 2000 h of reversible Li plating/stripping with a low overpotential less than 27 mV is achieved in Li||Li cell using electrolyte modified by high-entropy strategy. Besides, the Li||LFP full cell with a negative capacity/positive capacity (N/P) ratio of 4.52 exhibits remarkably enhanced cycling stability, retaining 83.6% of its initial capacity after 150 cycles. This strategy offers a novel approach for accelerating Li+ transport kinetics and constructing stable SEI in lithium metal batteries.
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