ニューカーボン

2023 年 7 月 18 日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Tech Explore

全固体電池 (ASSB) (固体電極と固体電解質を備えた電池技術) は、ますます多くの研究で注目を集めています。 これは主に、安全性と電力密度の両方の点で、液体またはポリマーベースの電解質を使用したバッテリーよりも大幅に優れた性能を発揮できるためです。

ASSB 用の最も有望な固体材料の組み合わせの 1 つは、硫化物固体電解質とリチウム (Li) 金属アノードです。 ただし、リチウム金属アノードは動作中に、樹枝状結晶の成長や界面化学反応により、急速に容量を失い、適切に機能しなくなる可能性があります。

天目湖先端エネルギー貯蔵技術研究所、中国科学院、その他中国の研究機関の研究者らは最近、ASSB の性能を向上させ、故障のリスクを軽減するのに役立つ可能性のある新しい Li-Si 負極を作成しました。 Nature Energy に掲載された論文で紹介されたこれらのアノードは、リチウム樹枝状結晶の成長を抑制し、バッテリーのサイクルを長期的に安定させることができます。

「Li金属アノードまたはSiアノードを備えたASSBは、高エネルギー密度と安全性の向上を実現する有望な候補であるが、それぞれ望ましくないリチウムデンドライトの成長または巨大な体積膨張に悩まされる」とWenlin Yan氏、Zhenliang Mu氏らは論文で述べている。 。

「私たちは、Si の焼結によりマイクロメートル粒子が緻密な連続体に変化する、硬質炭素で安定化された Li-Si 合金アノードを合成します。塑性変形可能な Li リッチ相 (Li15Si4) で構成される 3D イオン電子伝導ネットワーク活性領域を拡大し、応力集中を緩和するLiC6) がアノード内に生成され、電極の反応速度と機械的安定性が向上します。」

研究者らは、Si含有フィルムとLi箔の間の単純なプレス誘発反応によってアノードを作成した。 次に、彼らは、2 つの異なるカソードの 1 つと Li6PS5Cl ベースの電解質を備えたセルにそれらを組み込んで、一連のシミュレーションと実験でその性能をテストしました。

「ハードカーボンで安定化されたLi-Siアノードにより、LiCoO2またはLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2カソードとLi6PS5Cl電解質を使用したフルセルは、良好なレート特性とサイクル安定性を実現します」とYan氏、Mu氏らは書いている。

「特に、5.86 mAh cm-2 の高負荷で LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 を使用した ASSB は 1 C (5.86 mA cm-2) で 5,000 サイクルを実現し、ハードカーボンで安定化された Li-Si を使用する可能性を示しています。 ASSBの実用化のための合金陽極。」