Data-Assisted Design of Temperature-Resistant Weakly Solvating Electrolyte for All-Climate 500 Wh/kg Lithium-Metal Batteries

电解质 锂(药物) 材料科学 溶剂化 法拉第效率 冰点 熔点 化学工程 离子 热力学 化学 物理化学 有机化学 复合材料 电极 工程类 医学 内分泌学 物理
作者
Zhongzhe Li,Weiyu Wang,W. Zhang,Yufang Chen,Xiaoru Yun,Tao Teng,Chunman Zheng,Ligang Xu,Mingxue Tang,Yun Zhao,Baohua Li,Jilei Liu,Peitao Xiao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (25): 23294-23305 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c06219
摘要

Temperature-resistant weakly solvating electrolytes (TRWSEs) are indispensable for lithium-metal batteries with ultrahigh energy density (≥450 Wh kg-1) and excellent temperature adaptability (±70 °C). However, how to design ideal TRWSEs efficiently and decipher their evolution at different temperatures is still a great challenge. Herein, via a data-driven strategy, a TRWSE with a melting point as low as -136 °C was elaborately designed. More importantly, the evolution of the TRWSE from intrinsic solvation structures to interphase constructions and to lithium-metal deposition at different temperatures was investigated. Intriguingly, the anion-rich solvation structures in this TRWSE, the anion-derived electrolyte-electrode interphases, and deposited lithium are all temperature-insensitive, especially at low temperatures. Consequently, lithium dendrites are effectively suppressed even at -30 °C with a high Coulombic efficiency of 98.2%. NCM811||Li cells exhibit highly enhanced cycling stability with a capacity retention of almost 100% after 300 cycles at -30 °C. Moreover, 8.5 Ah pouch cells, with a high energy density of 507 Wh kg-1 and an ultrawide operating temperature of 140 °C, still deliver a capacity retention of 92.3% at temperatures as low as -70 °C, which can discharge even at -110 °C, demonstrating their huge potential at ultralow temperatures.
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