Éther cyclique fluoré avec une coordination Li-ion minimisée et un SEI stable favorisé. L'éther cyclique fluoré à six chaînons présente une coordination Li-ion minimisée et adapte ainsi la proximité des anions doubles autour des ions Li, ce qui entraîne la génération d'un SEI différencié dérivé de deux anions. L'électrolyte à double sel développé utilisant le diluant de coordination Li-ion minimisé favorise la formation d'un SEI bicouche principalement inorganique composé d'une couche interne enrichie en Li.2O et une couche externe riche en LiF, améliorant collectivement la réversibilité et la passivation de l'anode Li-métal. Crédit : Li et al.
La conception de technologies de batteries offrant des durées de vie de plus en plus longues pourrait contribuer à répondre aux besoins croissants des secteurs de l’électronique et de l’automobile. Les batteries au lithium (Li) sont les batteries rechargeables les plus utilisées dans le monde. Ainsi, concevoir des stratégies susceptibles d’augmenter leur longévité pourrait être beaucoup plus facile que de concevoir des batteries entièrement nouvelles.
Les batteries Li-métal, c'est-à-dire les batteries dotées d'une anode Li-métal, font partie des modèles de batteries de nouvelle génération les plus prometteurs. Néanmoins, la réactivité du Li métal a jusqu’à présent considérablement limité sa stabilité cyclique, en altérant la formation d’interphases électrolytes solides (SEI) stables, ce qui a finalement pour résultat une durée de vie plus courte des batteries.
Des chercheurs de l'Université d'État de Pennsylvanie, de l'Université de l'Illinois à Chicago et du Laboratoire national d'Argonne ont récemment introduit une nouvelle méthode pour prolonger la durée de vie des batteries Li-métal. Cette méthode, présentée dans un article publié dans Énergie naturellerepose sur l'utilisation d'un éther cyclique hautement fluoré (3,3,4,4,5,5-hexafluorotétrahydropyrane, HFTHP), qui présente une réactivité limitée aux ions métalliques Li et peut ainsi améliorer la stabilité des SEI formés.
“Prolonger la durée de vie des batteries au lithium (Li) implique de gérer les réactions au niveau de l'anode Li et de stabiliser l'interphase solide-électrolyte (SEI) grâce à une régulation stratégique de la composition électrolytique”, ont écrit Guo-Xing Li, Volodymyr Koverga et leurs collègues dans leur article. . “Nous avons synthétisé un éther cyclique fluoré avec une capacité de coordination Li-ion minimisée et une stabilité électrochimique améliorée. Nous avons démontré son rôle crucial dans la manipulation du processus de formation du SEI en différenciant la contribution des anions doubles à la couche SEI.”
Une différence cruciale entre l’éther qu’ils ont synthétisé et les éthers fluorés linéaires proposés précédemment, tels que le BTFE et le TTE, est qu’il présente une coordination minimisée avec les ions Li. Cela facilite la formation d'une bicouche inorganique dominante SEI dans les batteries métal-ion, composée d'un Li2Couche interne riche en O et couche externe riche en LiF.
Il a été constaté que ce SEI améliore considérablement la stabilité et la réversibilité des anodes Li-métal. Les cellules de batterie Li-métal qui en résultent ont une durée de vie remarquablement longue, des capacités d'autodécharge améliorées et des performances à haute température.
Li, Koverga et leurs collègues ont utilisé l'éther pour concevoir un électrolyte liquide pour batteries Li-métal composé de 1 M de LiDFOB et de 0,4 M de LiBF.4 dans le diméthoxyéthane (DME)/HFTHP. Ils ont constaté que leur conception permettait d'obtenir des résultats exceptionnels, avec un CE moyen de 99,5 % pour le Cu||LiNi sans anode.0,8Mn0,1Co0,1Ô2 (NMC811) et une durée de vie prolongée.
“L'électrolyte développé présente une amélioration remarquable de la durée de vie du calendrier et de la stabilité du cycle du Li (50 µm)||NMC811 (4 mAh cm−2), conservant 80 % de leur capacité après 568 et 218 cycles à température ambiante et 60 °C, respectivement”, ont écrit les chercheurs. “De plus, nos 410 Wh kg−1 les prototypes de cellules de poche démontrent une rétention de capacité de 80 % pendant 470 cycles.”
La nouvelle stratégie introduite par cette équipe de recherche pourrait bientôt éclairer des études supplémentaires, facilitant à terme le développement de nouveaux électrolytes liquides supérieurs pour les batteries Li-métal haute densité. De plus, leurs travaux contribuent à la compréhension des diluants éther fluorés, soulignant leur potentiel pour le développement de solutions de batteries de nouvelle génération.
Plus d'information:
Guo-Xing Li et al, Améliorer la longévité des batteries lithium-métal grâce à un diluant de coordination minimisé, Énergie naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41560-024-01519-5.
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Citation: Prolonger la durée de vie des batteries lithium-métal à l'aide d'un diluant éther fluoré (24 mai 2024) récupéré le 25 mai 2024 sur
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