Adjacent Element Induction and Weak Solvation Effects Enable Thermal Robust and Fast‐Charging Graphite Anode for Lithium‐Ion Batteries

材料科学 电解质 阳极 石墨 溶剂化 化学工程 相间 电化学 热的 工作(物理) 碳纤维 热稳定性 硫黄 磺酰 化学物理 电化学电位 纳米技术
作者
Tao Pan,Pinghua Yang,Shuqi Zhang,Qingpeng Guo,Chunman Zheng,Shuangke Liu,Yujie Li,Weiwei Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (28) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202527980
摘要

Abstract The interfacial instability of graphite anodes at high temperatures critically undermines the safety and fast‐charging capability of lithium‐ion batteries. To overcome this challenge, trimethylsilyl‐2,2‐difluoro‐2‐fluorosulfonylacetate (TD) is proposed as a multifunctional electrolyte additive that significantly enhances anode performance through synergistic adjacent element induction and solvation‐weakening effects. The sulfur atom in TD's sulfonyl group induces an adjacent‐element effect, catalyzing the transformation of PF 6 − derivatives into stable LiF and Li 3 PO 4 species. Simultaneously, TD self‐decomposition forms a robust, multi‐layered solid electrolyte interphase (SEI), comprising both organic ((TMS) 2 O) and inorganic (Li 2 S, Li 2 SO 4 ) components, thereby substantially improving thermal stability. Furthermore, TD weakens Li⁺–solvent interactions, notably by decreasing the coordination number of fluoroethylene carbonate (FEC), which enhances interfacial kinetics and stability. Consequently, graphite anodes employing TD‐modified electrolytes exhibit remarkable fast‐charging performance, achieving 300 mAh·g −1 at 10C and 60 °C, along with superior cyclability. NCM811/graphite pouch cells retain 87.8% capacity after 200 cycles at 60 °C, while cylindrical cells at full state of charge display reduced self‐discharge across various temperatures. This work presents a novel electrolyte design strategy based on synergistic molecular effects, offering critical insights for developing advanced LIBs suited for extreme operating conditions.
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