Lightweight Electrolyte Design for Li/Sulfurized Polyacrylonitrile (SPAN) Batteries

电解质 聚丙烯腈 材料科学 阳极 阴极 化学工程 溶剂 磷酸三甲酯 稀释剂 无机化学 电极 磷酸盐 有机化学 化学 复合材料 聚合物 物理化学 工程类
作者
An Phan,Bo Nan,Mỹ Loan Phụng Lê,Qiushi Miao,Zhaohui Wu,Minh Kha Le,Fu Chen,Mark Engelhard,Thien Dan Nguyen,Kee Sung Han,Jiyun Heo,Weiran Zhang,Minsung Baek,Feng Xu,Xiyue Zhang,Ping Liu,Lin Ma,Chunsheng Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (35): e2406594-e2406594 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adma.202406594
摘要

Sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) recently emerges as a promising cathode for high-energy lithium (Li) metal batteries owing to its high capacity, extended cycle life, and liberty from costly transition metals. As the high capacities of both Li metal and SPAN lead to relatively small electrode weights, the weight and specific energy density of Li/SPAN batteries are particularly sensitive to electrolyte weight, highlighting the importance of minimizing electrolyte density. Besides, the large volume changes of Li metal anode and SPAN cathode require inorganic-rich interphases that can guarantee intactness and protectivity throughout long cycles. This work addresses these crucial aspects with an electrolyte design where lightweight dibutyl ether (DBE) is used as a diluent for concentrated lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI)-triethyl phosphate (TEP) solution. The designed electrolyte (d = 1.04 g mL-1) is 40%-50% lighter than conventional localized high-concentration electrolytes (LHCEs), leading to 12%-20% extra energy density at the cell level. Besides, the use of DBE introduces substantial solvent-diluent affinity, resulting in a unique solvation structure with strengthened capability to form favorable anion-derived inorganic-rich interphases, minimize electrolyte consumption, and improve cell cyclability. The electrolyte also exhibits low volatility and offers good protection to both Li metal anode and SPAN cathode under thermal abuse.
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