Dual-anion ionic liquid electrolyte enables stable Ni-rich cathodes in lithium-metal batteries

电解质 离子液体 材料科学 阴极 电化学 锂(药物) 法拉第效率 电极 无机化学 金属 化学工程 化学 催化作用 冶金 有机化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Fanglin Wu,Shan Fang,Matthias Kuenzel,Angelo Mullaliu,Jae‐Kwang Kim,Xinpei Gao,Thomas Diemant,Guk‐Tae Kim,Stefano Passerini
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:5 (8): 2177-2194 被引量:145
标识
DOI:10.1016/j.joule.2021.06.014
摘要

High-energy-density lithium-metal batteries face the challenge of developing functional electrolytes enabling both the stabilization of the lithium-metal negative electrode and high-voltage positive electrodes (> 4 V versus Li+/Li). Herein, a low-volatility and non-flammable ionic liquid electrolyte (ILE) incorporating two anions, bis(fluorosulfonyl) imide (FSI) and bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), is successfully applied to overcome this challenge, employing the high-energy, low-Co, and Ni-rich positive-electrode material, LiNi0.88Co0.09Mn0.03O2 (NCM88), in Li-metal batteries. With this specific electrolyte, the cathode exhibits remarkable electrochemical performance, achieving an initial specific capacity of 214 mAh g−1 and outstanding capacity retention of 88% over 1,000 cycles. More importantly, this electrolyte enables an average Coulombic efficiency of 99.94%. The excellent compatibility of the dual-anion ILE with both the lithium metal (50 μm) and the high-voltage positive-electrode material enables the realization of Li-metal cells achieving specific energies of more than 560 Wh kg−1 based on their combined active material masses.
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