高マンガンリチウム金属全固体電池用の高性能化を可能にする複合固体電解質における多重パスLi+移動とin situ界面合金化

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 全固体電池

背景:

• ポリエチレンオキサイド（PEO）ベースの電解質は、全固体リチウム金属電池（ASSLMB）において界面不安定性とリチウムデンドライト形成に悩まされています。
• これらの課題に対処することは、より安全で高性能なASSLMBの開発にとって重要です。

研究 の 目的:

• PEOマトリックス中に多孔質BiF3ナノ粒子を使用した新規複合固体電解質（CPE）を開発すること。
• ASSLMBにおける界面安定性、イオン伝導性、およびリチウムデンドライト抑制を強化すること。

主な方法:

• 一段階沈殿法による多孔質BiF3ナノ粒子の合成。
• BiF3をPEOに組み込んでCPEを形成。
• Li+輸送メカニズムを理解するための密度汎関数理論（DFT）計算。
• Li|Li対称セルおよびLi|LFP/NCM811全セルの電気化学的試験。

主要な成果:

• BiF3ナノ粒子はリチウム塩の解離を促進し、Li+輸送のチャネルを提供します。
• in situ合金化反応により安定したLixBi/LiF複合固体電解質界面（SEI）が形成され、デンドライトの成長が抑制されます。
• Li|Li対称セルは、0.1 mA cm-2で6000時間以上の安定したサイクルを達成しました。
• Li|LFPおよびLi|NCM811全セルは、広い温度範囲で優れた電気化学的性能と安定性を示しました。

結論:

• PEO-5%BiF3 CPEは、強化された界面安定性と高いイオン伝導性を示します。
• 開発されたCPEはリチウムデンドライトを効果的に抑制し、長期的に安定したサイクルを可能にします。
• この材料は、高性能で安全なASSLMBにおける実用的な応用の大きな可能性を示しています。