A crown-ether-enabled eutectic electrolyte for ultra-high temperature lithium metal batteries

材料科学 共晶体系 金属锂 电解质 冠醚 锂(药物) 金属 乙醚 化学工程 无机化学 离子 有机化学 冶金 合金 物理化学 电极 化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Yulai Pu,Qin Wang,Renju Dou,Xiaoyan Ren,Lehui Lu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:67: 103285-103285 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103285
摘要

Lithium metal batteries (LMBs) are generally restricted to operating below 60 °C and not suitable for high-temperature applications due to their thermally susceptible carbonate electrolytes. Deep eutectic electrolytes (DEE) with strong supramolecular interactions are a new emerging type of liquid-state ionic conductors, and here we present a novel DEE—which is composed of 18-crown-6 ether (18C6) and lithium difluoro(oxalate)borate (LiDFOB)—to extend the working temperature up to 150 °C. Via combined physiochemical and theoretical characterizations, it is identified that such high thermotolerance is a result of specific solvation structure of Li(18C6)4DFOB with multiple Li–O interactions. Moreover, our newly developed DEE triggers the formation of a B/F-rich solid electrolyte interphase, contributing to superior thermal stability and enhanced compatibility with Li-metal anodes. Consequently, Li|DEE|LiFePO4 cell exhibits great tolerance to extremely high temperatures with a capacity reversibility of 83 % after 250 cycles at 120 °C. Even at 150 °C, the cell can retain 77 % of the initial capacity (105 mAh g−1) after 100 cycles. To our knowledge, the DEE is the first liquid electrolyte for LMBs working at unprecedented high-temperature. This work opens intriguing perspectives to design novel electrolytes for demanded performance of LMBs across a wide temperature range.
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