Stable non-corrosive sulfonimide salt for 4-V-class lithium metal batteries

电解质 材料科学 锂(药物) 电化学 盐(化学) 无机化学 阳极 化学工程 电极 溶解 化学 有机化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Lixin Qiao,Uxue Oteo,María Martínez‐Ibáñez,Alexander Santiago,Rosalía Cid,Eduardo Sánchez‐Díez,Elias Lobato,Leire Meabe,Michel Armand,Heng Zhang
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (4): 455-462 被引量:197
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01190-1
摘要

Rechargeable lithium metal (Li0) batteries (RLMBs) are considered attractive for improving Li-ion batteries. Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) has been extensively used as a conducting salt for RLMBs due to its advantageous stability and innocuity. However, LiTFSI-based electrolytes are corrosive towards aluminium (Al0) current collectors at low potentials (>3.8 V versus Li/Li+), thereby excluding their application in 4-V-class RLMBs. Herein, we report on a non-corrosive sulfonimide salt, lithium (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiDFTFSI), that remarkably suppresses the anodic dissolution of the Al0 current collector at high potentials (>4.2 V versus Li/Li+) and significantly improves the cycling performance of Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 (NMC111) cells. In addition, this sulfonimide salt results in the growth of an advantageous solid electrolyte interphase on the Li0 electrode. The replacement of either LiTFSI or LiPF6 with LiDFTFSI endows a Li0||NMC111 cell with superior cycling stability and capacity retention (87% at cycle 200), demonstrating the decisive role of the salt anion in dictating the electrochemical performance of RLMBs.
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