Non-flammable electrolyte enables Li-metal batteries with aggressive cathode chemistries

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作者
Xiulin Fan,Long Chen,Oleg Borodin,Xiao Ji,Ji Chen,Singyuk Hou,Tao Deng,Jing Zheng,Chongyin Yang,Sz‐Chian Liou,Khalil Amine,Kang Xu,Chunsheng Wang
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:13 (8): 715-722 被引量:1347
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0183-2
摘要

Rechargeable Li-metal batteries using high-voltage cathodes can deliver the highest possible energy densities among all electrochemistries. However, the notorious reactivity of metallic lithium as well as the catalytic nature of high-voltage cathode materials largely prevents their practical application. Here, we report a non-flammable fluorinated electrolyte that supports the most aggressive and high-voltage cathodes in a Li-metal battery. Our battery shows high cycling stability, as evidenced by the efficiencies for Li-metal plating/stripping (99.2%) for a 5 V cathode LiCoPO4 (~99.81%) and a Ni-rich LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 cathode (~99.93%). At a loading of 2.0 mAh cm−2, our full cells retain ~93% of their original capacities after 1,000 cycles. Surface analyses and quantum chemistry calculations show that stabilization of these aggressive chemistries at extreme potentials is due to the formation of a several-nanometre-thick fluorinated interphase.
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