A fluorine rich borate ionic additive enabling high-voltage Li metal batteries

材料科学 电解质 硼 锂(药物) 氟 离子键合 阳极 盐(化学) 金属 无机化学 金属锂 化学工程 冶金 离子 物理化学 有机化学 电极 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Liping Zhang,Dengpan Dong,Arthur v. Cresce,Qianshun Wei,Dmitry Bedrov,Kang Xu,Tianbiao Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:69: 103397-103397 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103397
摘要

Lithium-metal batteries (LMBs) are promising alternatives to state-of-the-art Lithium-ion batteries (LIBs) to achieve higher energy densities. However, the poor cyclability of LMBs resulting from Li metal anode (Li0) irreversibility and concomitant electrolyte decompositions limits their practical applications. In this study, we reported a per-fluorinated salt, lithium tetrakis(perfluoro-tertbutyloxy)borate (abbreviated as Li-TFOB) as an electrolyte additive for Li metal batteries, which contains 36 F atoms per molecule. This newly designed ionic additive tuned the chemical composition of the solid-electrolyte interphase (SEI) on Li0 by increasing the amount of LiF and Li-B-O inorganic species. DFT calculations and Molecular dynamics (MD) simulations indicated the preferential reduction of the TFOB anions at Li0, which occurs with a lower free energy change than PF6− anions. The designed ionic additive enables the 4.6 V Li||LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (NMC622) cell to achieve an average CE of 99.1% and a high-capacity retention of > 50% after 500 cycles. This experiment-simulation joint study illustrated an attractive approach to accelerating the design of electrolytes and interphases for LMBs.
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