Des interfaces électrode-électrolyte stables construites par des additifs ioniques donneurs de fluor et d’azote offrent une opportunité d’améliorer les batteries au lithium métal hautes performances

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Une combinaison de lithium difluoro (bisoxalato) phosphate en tant que donneur de F et de nitrate de lithium en tant que donneur de N avec différentes capacités d’acceptation d’électrons et tendances d’adsorption améliore les performances du cycle des cellules pleines Li|NCM811 grâce à la création d’un SEI à double couche sur un Anode Li métal et CEI de protection sur cathode riche en Ni.


Une équipe de recherche a montré que les additifs électrolytiques augmentent la durée de vie des batteries au lithium métal et améliorent remarquablement les performances de charge et de décharge rapides. L’équipe du professeur Nam-Soon Choi du département de génie chimique et biomoléculaire du KAIST a hiérarchisé l’interphase de l’électrolyte solide pour créer une structure à double couche et a montré des temps d’exécution révolutionnaires pour les batteries au lithium métal. L’équipe a appliqué deux additifs électrolytiques qui ont des propriétés de réduction et d’adsorption différentes pour améliorer la fonctionnalité de l’interphase d’électrolyte solide à double couche. De plus, l’équipe a confirmé que la stabilité structurelle de la cathode riche en nickel était obtenue grâce à la formation d’une fine couche protectrice sur la cathode. Cette étude a été publiée dans Energy Storage Materials.

La sécurisation des batteries au lithium métal à haute densité d’énergie avec une longue durée de vie et des performances de charge rapide est vitale pour réaliser leur utilisation omniprésente en tant que sources d’alimentation supérieures pour les véhicules électriques. Les batteries au lithium métal comprennent une anode au lithium métal qui offre une capacité 10 fois supérieure à celle des anodes en graphite des batteries lithium-ion. Par conséquent, le lithium métal est un matériau d’anode indispensable pour réaliser des batteries rechargeables à haute énergie. Cependant, des réactions indésirables parmi les électrolytes avec des anodes au lithium métal peuvent réduire la puissance et cela reste un obstacle à l’allongement de la durée de vie de la batterie. Les études précédentes se sont uniquement concentrées sur la formation de l’interphase d’électrolyte solide à la surface de l’anode de lithium métallique.

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L’équipe a conçu un moyen de créer une interphase d’électrolyte solide à double couche pour résoudre l’instabilité de l’anode de lithium métallique en utilisant des additifs d’électrolyte, en fonction de leur capacité d’acceptation des électrons et de leurs tendances d’adsorption. Cette structure hiérarchique de l’interphase d’électrolyte solide sur l’anode au lithium métallique a le potentiel d’être appliquée davantage aux anodes en alliage de lithium, aux structures de stockage au lithium et à la technologie sans anode pour répondre aux attentes du marché en matière de technologie d’électrolyte.

Les batteries à anodes lithium métal et cathodes riches en nickel représentaient 80,9 % de la capacité initiale après 600 cycles et atteignaient un rendement coulombien élevé de 99,94 %. Ces résultats remarquables ont contribué au développement d’une technologie d’interphase à électrolyte solide à double couche protectrice pour les anodes au lithium métal. Le professeur Choi a déclaré que la recherche suggère une nouvelle direction pour le développement d’additifs électrolytiques pour réguler l’interface instable au lithium métal anode-électrolyte, le plus grand obstacle à la recherche sur les batteries au lithium métal.

Elle a ajouté que la technologie des batteries secondaires sans anode devrait changer la donne sur le marché des batteries secondaires et que la technologie des additifs électrolytiques contribuera à l’amélioration des batteries secondaires sans anode grâce à la stabilisation des anodes au lithium métal.

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Saehun Kim, Sung O Park, Min-Young Lee, Jeong-A Lee, Imanuel Kristanto, Tae Kyung Lee, Daeyeon Hwang, Juyoung Kim, Tae-Ung Wi, Hyun-Wook Lee, Sang Kyu Kwak, and Nam Soon Choi, “Stable electrode-electrolyte interfaces constructed by fluorine- and nitrogen-donating ionic additives for high-performance lithium metal batteries”, Energy Storage Materials, 45, 1-13 (2022), DOI:10.1016/j.ensm.2021.10.031

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