Lithium Oxalate as a Lifespan Extender for Anode-Free Lithium Metal Batteries

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作者
Chen−Jui Huang,Ya-Ching Hsu,Kassie Nigus Shitaw,Yu-Jhen Siao,She‐Huang Wu,Chia‐Hsin Wang,Wei‐Nien Su,Bing−Joe Hwang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (23): 26724-26732 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsami.2c04693
摘要

Anode-free lithium metal batteries (AFLMBs) have been extensively studied due to their intrinsic high energy and safety without a metallic Li anode in cell design. Yet, the dendrite and dead-Li buildup continuously consumes the active Li upon cycling, leading to the poor lifespan of AFLMBs. Here, we introduce lithium oxalate into the cathode as an electrode additive providing a Li reservoir to extend the lifespan of AFLMBs. The AFLMB using 20% lithium oxalate and a LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2 composite cathode exhibits >80 and 40% capacity retention after 50 and 100 cycles, respectively, outperforming the poor cycle life of fewer than 20 cycles obtained from the cell using a pure LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2 cathode. Surprisingly, the average Coulombic efficiency of AFLMBs is found to improve as the amount of lithium oxalate increases in the composite cathode. This abnormal phenomenon could be attributed to the as-formed carbon dioxide after the first activation cycle forming a Li2CO3-rich solid-electrolyte interphase and improving the Li deposition and stripping efficiency. The findings in this work provide a new strategy to delay the capacity roll-over of AFLMBs from an electrode engineering perspective, which can be coupled with other approaches such as functional electrolytes synergistically to further improve the cycle life of AFLMBs for practical application.
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