反応性バッテリーアノド材料の表面フッ素化により安定性が向上する

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 化学工学

背景:

• リチウム金属やリチウムシリコンなどの高容量アノードは,バッテリーのエネルギー密度を高めるために不可欠です.
• これらの反応性アノド材料は,環境の腐食と電解質の不適合性に苦しんでおり,実用的な応用を妨げています.
• 頑丈な保護層を 開発することは, 操作とサイクル中の安定性のために不可欠です.

研究 の 目的:

• 反応性アノド材料の保護コーティングを作成するための簡単で安全な表面化方法を開発する.
• リチウム金属とリチウムシリコンアノドの電気化学性能と安定性を高めるためのLiFコーティングの有効性を評価する.
• コーティングされた材料が標準のバッテリー製造プロセスと互換性を証明する.

主な方法:

• LiFコーティング形成のための in situ フッ素ガスを生成するために前駆体としてCYTOPを使用する表面フッ素化プロセス.
• 炭酸エレクトロライトにLiFコーティングを施したリチウム金属アノードの電気化学サイクル.
• N-メチル-2-ピロリディノン (NMP) でLiFコーティングを施したリチウムアノドの処理と電気化学的評価,湿気中の安定性試験.

主要な成果:

• リチウム金属アノドのLiFコーティングはデンドライト形成と腐食を抑制し,5 mA/cm2で300回以上安定したサイクルを可能にしました.
• LiFでコーティングされたリチウムアノードは,2504 mAh/gの高容量を示し,無水 NMP で処理可能でした.
• LiFコーティングは,湿った空気 (∼40%の相対湿度) でリチウム化シリコンに安定性をもたらした.

結論:

• 開発された表面化プロセスは,高容量アノドで安定したLiFインターフェーズを作成するための安全で効果的な方法を提供します.
• このLiFコーティングは,リチウム金属とリチウムシリコンのサイクル安定性と処理性を大幅に改善し,現在のリチウムイオンと将来のバッテリー技術の両方に利益をもたらします.
• LiF保護層は,高エネルギー密度の電池のための高度なアノド材料の実用化における主要な課題に取り組んでいます.