Re-evaluating common electrolyte additives for high-voltage lithium ion batteriesOpen Access

Klein S, Harte P, van Wickeren S, Borzutzki K, Röser S, Bärmann P, Nowak S, Winter M, Placke T, Kasnatscheew J

Forschungsartikel (Zeitschrift) | Peer reviewed

Zusammenfassung

Further increase in the specific energy/energy density of lithium ion batteries can be achieved via further increase of charge cell voltage. However, an enhanced electrode cross-talk, i.e., transition metal (TM) dissolution from cathode and deposition on the anode, drastically limits the cycle life, even leading to rollover failure. In this work, the commonly used film-forming electrolyte additives vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), and lithium difluorophosphate (LiDFP) are thoroughly evaluated regarding their ability to suppress the issues originating from electrode cross-talk. Neither the VC- nor the FEC-containing electrolytes can suppress it, as evidenced by the presence of Ni, Co, and Mn on the graphite anode; although different for the FEC, the deposited TMs and intertwined Li deposits are homogeneously distributed in the presence of VC. Despite suppression of rollover failure in this manner, VC still cannot compete with LiDFP because LiDFP is able to complex TMs and provide TM-scavenging agents, i.e., PO3F− and PO42−, thus, effectively suppressing electrode cross-talk in the first place and effectively preventing the concomitant failure cascade.

Details zur Publikation

FachzeitschriftCell Reports Physical Science
Jahrgang / Bandnr. / Volume2
Ausgabe / Heftnr. / Issue8
Artikelnummer100521
StatusVeröffentlicht
Veröffentlichungsjahr2021 (30.07.2021)
Sprache, in der die Publikation verfasst istEnglisch
Stichwörterelectrode cross-talk; fluoroethylene carbonate; high-voltage cathodes; lithium dendrites; lithium difluorophosphate; metal scavenging; transition metal dissolution and deposition; vinylene carbonate

Autor*innen der Universität Münster

Bärmann, Peer
Harte, Patrick
Kasnatscheew, Johannes
Nowak, Sascha
Placke, Tobias
van Wickeren, Stefan
Winter, Martin

Projekte, aus denen die Publikation entstanden ist

Laufzeit: 01.10.2019 - 30.09.2022
Gefördert durch: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt
Art des Projekts: Beteiligung an einem bundesgeförderten Verbund
Laufzeit: 28.04.2017 - 31.12.2020
Gefördert durch: Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen
Art des Projekts: Gefördertes Einzelprojekt
Laufzeit: 01.04.2017 - 31.12.2020
Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Art des Projekts: Beteiligung an einem bundesgeförderten Verbund