High‐Safety and High‐Energy‐Density Lithium Metal Batteries in a Novel Ionic‐Liquid Electrolyte

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作者
Hao Sun,Guanzhou Zhu,Yuanmin Zhu,Mao‐Chao Lin,Hui Chen,Yuan‐Yao Li,Wei Hsuan Hung,Bo Zhou,Xi Wang,Yunxiang Bai,Meng Gu,Cheng‐Liang Huang,Hung‐Chun Tai,Xiudong Xu,Michael Angell,Jing‐Jong Shyue,Hongjie Dai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (26) 被引量:193
标识
DOI:10.1002/adma.202001741
摘要

Rechargeable lithium metal batteries are next generation energy storage devices with high energy density, but face challenges in achieving high energy density, high safety, and long cycle life. Here, lithium metal batteries in a novel nonflammable ionic-liquid (IL) electrolyte composed of 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMIm) cations and high-concentration bis(fluorosulfonyl)imide (FSI) anions, with sodium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (NaTFSI) as a key additive are reported. The Na ion participates in the formation of hybrid passivation interphases and contributes to dendrite-free Li deposition and reversible cathode electrochemistry. The electrolyte of low viscosity allows practically useful cathode mass loading up to ≈16 mg cm-2 . Li anodes paired with lithium cobalt oxide (LiCoO2 ) and lithium nickel cobalt manganese oxide (LiNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2 , NCM 811) cathodes exhibit 99.6-99.9% Coulombic efficiencies, high discharge voltages up to 4.4 V, high specific capacity and energy density up to ≈199 mAh g-1 and ≈765 Wh kg-1 respectively, with impressive cycling performances over up to 1200 cycles. Highly stable passivation interphases formed on both electrodes in the novel IL electrolyte are the key to highly reversible lithium metal batteries, especially for Li-NMC 811 full batteries.
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