Stabilizing Residual Monomers within In Situ Polymerized Electrolytes for High-Voltage Lithium Metal Batteries

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作者
Zhenzhong Sun,Jinlin Yang,Yao Wu,Fanbin Meng,Yuxiang Niu,Hongfei Xu,Yupeng Zhu,Bolong Hong,Zhiyu Chen,Jinlong Zhu,Qian He,Gang Wu,Wei Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (21): 18064-18073 被引量:59
标识
DOI:10.1021/jacs.5c03911
摘要

Poly(1,3-dioxolane) (PDOL)-based electrolyte has gained wide attention due to its high compatibility with the lithium metal anode, intimate contact with electrodes, and high ionic conductivity. However, its application in high-voltage batteries is limited because the residual DOL monomers are prone to oxidation at high voltage. Here, we report that LiDFOB-initiated in situ polymerization stabilizes these residual monomers, thus overcoming the oxidation-related limitations of PDOL-based electrolytes. This approach promotes the formation of a thermodynamically stable Li + –DOL–DFOB – solvation structure and DOL–PDOL clusters, reducing the oxidative decomposition of the residual DOL monomers and extending the electrochemical stability window up to 5.0 V vs Li + /Li. It also enhances ionic conductivity (4.39 mS cm –1 ), and facilitates the formation of a uniform, F-rich cathode-electrolyte interphase. Electrochemical tests and computational simulations reveal that the reduced Li + –PDOL interactions in the designed PDOL promote higher ionic mobility and electrochemical stability. Consequently, Li||LiCoO 2 cells using the designed PDOL exhibit remarkable cycling performance, maintaining 80% capacity retention over 760 cycles at a cut-off voltage of 4.35 V. These findings establish PDOL as a transformative electrolyte for high-voltage lithium metal batteries.
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