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Diminishing ether-oxygen content of electrolytes enables temperature-immune lithium metal batteries

Science China Chemistry 2023年第9期66卷 2700-2710页

作者： Tao liu Jingnan Feng Zhe Shi Huajun li Weina Zhao Minglei Mao Xiangzhen Zhu Yong-Sheng Hu Hong li Xuejie Huang liquan Chen liumin Suo Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100190China Qingdao Industrial Energy Storage Research Institute Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess TechnologyChinese Academy of SciencesQingdao 266101China Department of Nuclear Science and Engineering and Department of Materials Science and Engineering Massachusetts Institute of TechnologyCambridgeMA 02139USA Guangzhou Key Laboratory of Environmental Catalysis and Pollution Control Guangdong Key Laboratory of Environmental Catalysis and Health Risk ControlSchool of Environmental Science and EngineeringInstitute of Environmental Health and Pollution ControlGuangdong University of TechnologyGuangzhou 510006China

The reversibility of lithium(li) metal anodes is highly susceptible to temperature,owing to the aggravated side reactions at high temperatures and serious li dendrite growth at low *** it is extremely challenging to simultaneously realize the high li reversibility in both low and high temperature ***,an oxygen-free solvent(n-hexane,HEX) assisted with the hexyl methyl ether and 1 mol L^(-1)lithium bis(fluorosulfonyl)imide is proposed to constitute an electrolyte for temperatureimmune lithium metal *** demonstrates that the HEX not only greatly suppresses the solvent reduction even at high temperatures but also weaken the li~+-solvent interaction for the facile li-ion desolvation,leading to high li Coulombic efficiencies(99.59% at 25℃,99.30%at 60℃ and 98.75% at -30℃) and the dendrite-free li plating from -30℃ to 60℃.Benefitting from the low density and temperature-immune properties of our electrolyte,the sulfurized polyacrylonitrile(3.8mAh cm^(-2))||li(60 μm) pouch-cells deliver 278 Wh kg^(-1)energy density and maintain the stable performance over 50 cycles,and retain 248 and 320 Wh kg^(-1) energy density at -30℃ and 60℃,*** work provides a new perspective on the electrolyte design for wide-temperature li metal batteries.

关键词： wide temperature range oxygen-free solvent dendrite-free li plating high Coulombic efficiencies lithium metal batteries

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