High rate and stable cycling of lithium metal anode.
High rate and stable cycling of lithium metal anode.
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DOI：
10.1038/ncomms7362
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发表时间：
2015-02-20
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zhang, Ji-Guang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qian, Jiangfeng;Henderson, Wesley A.;Xu, Wu;Bhattacharya, Priyanka;Engelhard, Mark;Borodin, Oleg;Zhang, Ji-Guang
金属锂是理想的电池阳极。然而，在循环期间的枝晶生长和有限的库仑效率阻碍了其在可再充电电池中的实际应用。在此，我们报告了使用由醚溶剂和双（氟磺酰基）酰亚胺锂盐组成的高浓度电解质能够在高库仑效率（高达99.1%）下实现锂金属阳极的高速率循环而没有枝晶生长。用在1，2-二甲氧基乙烷中的4 M双（氟磺酰基）酰亚胺锂作为电解质，|锂电池可以在10 mA cm−2下循环超过6，000次，而铜电池可以在10 mA cm−2下循环超过6，000次。|锂电池可以在4 mA cm−2下循环超过1，000次，平均库仑效率为98.4%。这些优异的性能可以归因于增加的溶剂配位和增加的电解质中锂离子浓度的可用性。这种电解质的进一步发展可能使锂金属阳极在可充电电池中的实际应用成为可能。 金属锂是可充电电池的理想阳极材料，但锂枝晶生长和有限的库仑效率阻碍了其应用。在这里，作者报告了使用由醚溶剂和双（氟磺酰基）酰亚胺锂盐组成的高浓度电解质来实现锂阳极的高速率循环。
Lithium metal is an ideal battery anode. However, dendrite growth and limited Coulombic efficiency during cycling have prevented its practical application in rechargeable batteries. Herein, we report that the use of highly concentrated electrolytes composed of ether solvents and the lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt enables the high-rate cycling of a lithium metal anode at high Coulombic efficiency (up to 99.1%) without dendrite growth. With 4 M lithium bis(fluorosulfonyl)imide in 1,2-dimethoxyethane as the electrolyte, a lithium|lithium cell can be cycled at 10 mA cm−2 for more than 6,000 cycles, and a copper|lithium cell can be cycled at 4 mA cm−2 for more than 1,000 cycles with an average Coulombic efficiency of 98.4%. These excellent performances can be attributed to the increased solvent coordination and increased availability of lithium ion concentration in the electrolyte. Further development of this electrolyte may enable practical applications for lithium metal anode in rechargeable batteries. Lithium metal is an ideal anode material for rechargeable batteries, but lithium dendritic growth and limited Columbic efficiency prevent its applications. Here, the authors report the use of highly concentrated electrolytes composed of ether solvents and the salt lithium bis(fluorosulfonyl)imide to enable high-rate cycling of lithium anode.
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