高ニッケル層状酸化物カソードおよびシリコン‐グラファイトアノードを用いたリチウムイオン電池におけるツイッターイオンバインダー化学によるアノード‐電解質界面反応の制御

要約 シリコン（Si）ベースのアノードの実用化は、深刻な構造的および界面の劣化に直面しています。これらの課題は、高ニッケル層状酸化物カソードを使用するSiベースのアノードを用いたリチウムイオン電池（LIB）において悪化し、重要な遷移金属のクロスオーバーが深刻な寄生反応を触媒し、セルの故障を早めます。ポリマーバインダーの機械的特性を向上させることがSiベースのアノード上の固体‐電解質界面（SEI）安定性を改善するための効果的な手段として認められている一方で、バインダー化学がSEIに与える影響についての深い理解は不足しています。本研究では、SEI層の化学組成と空間分布を操作する能力を持つツイッターイオンバインダーがSiベースのアノードのために設計されました。ツイッターイオン種によって作られた帯電した微小環境が、Siベースのアノード上のソルバイ環境を変化させ、豊富な陰イオンと弱化したLi+‐溶媒相互作用を特徴付けることが証明されました。このようなバインダーによって調節されたソルバイ環境は、Siベースのアノード上に薄く均一で強固なSEIを誘導し、遷移金属の沈着に耐え、電解質の分解を触媒し、塊状Siを無力化する上での有害な影響を最小限に抑えることが重要であることが判明しました。その結果、商業用バインダーと同等の機械的特性を持ちながら、ツイッターイオンバインダーは厳しい動作条件下での高エネルギー密度LIBにおける優れたサイクル性能を可能にします。