Identificación de la base estructural para el aumento de la estabilidad de la interfase de electrolito sólido formado...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química analítica

Sus antecedentes:

• Los ánodos de silicio ofrecen una alta capacidad para baterías de iones de litio, pero sufren una baja estabilidad de ciclo debido a la formación de SEI.
• Los electrolitos de carbonato estándar conducen a subproductos de polímeros lineales no deseados en los ánodos de silicio.
• El carbonato de fluoroetileno (FEC) es un aditivo de electrolitos común, pero su papel preciso en la formación de SEI no se comprende completamente.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel del carbonato de fluoroetileno (FEC) como aditivo en los electrolitos de las baterías de iones de litio.
• Para analizar la evolución estructural de la interfase de electrolito sólido (SEI) en ánodos de silicio con y sin FEC.
• Para aclarar las vías de reacción de FEC durante el ciclo electroquímico.

Principales métodos:

• Utilizó técnicas avanzadas de resonancia magnética nuclear (RMN), incluidas las de estado en solución, estado sólido y polarización nuclear dinámica.
• Carbonato de fluoroetileno enriquecido con 13C (FEC) sintetizado para permitir un análisis detallado de RMN.
• Se analizaron los componentes orgánicos de la interfase de electrolito sólido (SEI) formada en los ánodos de silicio.

Principales resultados:

• La presencia de un 10% vol. de FEC inhibe la formación de oligómeros lineales solubles parecidos al óxido de polietileno.
• El FEC se desfluoriza, formando el carbonato de vinileno y las especies de vinoxilo.
• Estos intermedios reaccionan para crear polímeros ramificados a base de óxido de etileno tanto solubles como insolubles.

Conclusiones:

• El aditivo de carbonato de fluoroetileno (FEC) juega un papel crucial en la modificación de la composición de los SEI en los ánodos de silicio.
• FEC promueve la formación de polímeros ramificados, que son estructuralmente diferentes de los polímeros lineales formados sin FEC.
• Es probable que la supresión de polímeros lineales y la formación de polímeros ramificados por FEC contribuyan a mejorar la estabilidad del ciclo en las baterías de iones de litio.