Tailored electrolyte salt anion chemistry for enhanced high-nickel lithium-ion batteries

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作者
Shitao Wang,Lixin Qiao,Jinlong Li,Shu Zhang,Shenghang Zhang,Xiangchun Zhuang,Yu Zhao,Xiaofan Du,Bin Xie,Kai Chen,Ruling Du,Qingrui Kong,Zhaolin Lv,Zili Cui,Shanmu Dong,Gaojie Xu,Michel Armand,Guanglei Cui
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 11210-11210 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-025-65989-1
摘要

The instability of lithium salts within the electrolyte has consistently posed a significant challenge to next-generation lithium-ion batteries. The most commercialized lithium hexafluorophosphate (LiPF6) suffers from ligand abstraction, causing excessive formation of erosive HF at elevated temperatures. Another promising salt of lithium difluoro(oxalato)borate (LiDFOB), featuring hydrophilic/lithiophilic carbonyl groups, possesses high moisture sensitivity and insufficient dissociation in electrolytes. Herein, we propose an anion-skeleton editing strategy that increases the fluoride ion affinity of the parent Lewis acid while reducing its interaction with H+/Li+ by replacing the carbonyl groups in DFOB- anion with hydrophobic/lithiophobic -CF3 groups. The lithium salt alternative, lithium 2,2-difluoro-4,4,5,5-tetrakis(trifluoromethyl)−1,3,2-dioxaborolan-2-uide (LiDFTFB), has been successfully synthesized and serves as a well-balanced salt in terms of moisture stability, thermal stability, electrochemical stability, ionic conductivity, solubility, and aluminum foil passivation, outperforming LiPF6 and LiDFOB. Even at an elevated temperature of 50 °C, LiDFTFB endows 1 Ah graphite | |LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 pouch cells with enhanced cycling stability (81.7% retention after 650 cycles, 0.5 C charge and 0.5 C discharge, 1 C = 200 mA g-1). This work emphasizes the critical importance of strategically modulating anion chemistries to promote the development of the next-generation lithium-ion batteries. The instability of conventional lithium salts poses a challenge for next-generation batteries. Here, the authors introduce LiDFTFB, a new salt that exhibits improved stability and enables high-energy batteries to retain 81.7% capacity after 650 cycles at 50°C.
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