リチウムイオンの代わりに固体金属で作られた新しいタイプの充電式リチウムベース電池であるリチウム金属電池（LMB）は、最も有望な高エネルギー密度充電式電池技術のXNUMXつです。 これらのバッテリーにはいくつかの有利な特性がありますが、エネルギー密度の低さや安全性の問題など、いくつかの制限があります。
近年、研究者は、代替のアノードフリーリチウム電池セル設計を導入することにより、これらの制限を克服しようと試みました。 このアノードフリー設計は、リチウム金属電池のエネルギー密度と安全性を高めるのに役立つ可能性があります。
産業技術総合研究所の研究者と テクノロジー 最近、アノードフリーリチウム電池のエネルギー密度を高めることを目的とした研究を実施し、リチウムイオン電池の使用に基づいた、高エネルギー密度で長寿命の新しいアノードフリーリチウム電池を導入しました。2O犠牲剤。
アノードフリーのフルセルバッテリアーキテクチャは、通常、ベアアノード銅集電体を備えた完全にリチウム化されたカソードに基づいています。 驚くべきことに、アノードを含まないリチウム電池の重量エネルギー密度と体積エネルギー密度の両方を最大限界まで拡張することができます。 アノードフリーセルアーキテクチャには、従来のLMB設計に比べて、コストの削減、安全性の向上、セルの組み立て手順の簡素化など、他にもいくつかの利点があります。
アノードフリーLMBの可能性を最大限に引き出すには、研究者はまず、リチウム金属めっきの可逆性/安定性を実現する方法を理解する必要があります。 多くの人がより好ましい電解質を設計して選択することによってこの問題を解決しようとしましたが、これらの努力のほとんどはこれまで成功していません。
他の人々はまた、リチウム金属めっき/ストリッピングの可逆性を改善する可能性のある塩または添加剤を使用する可能性を探求しました。 これらの以前の試みを検討した後、産業技術総合研究所の研究者はLiの使用を提案しました2LiNiにプリロードされている犠牲剤としてのO0.8Co0.1Mn0.1O2 表面。
「特にセル構成での限られたLiリザーバー（通常はゼロリチウム過剰）を考慮すると、高いLi可逆性を実現することは困難です」と研究者らは論文に書いています。 「この研究では、Liを紹介しました2LiNiにプリロードされた犠牲剤としてのO0.8Co0.1Mn0.1O2 カソード、初期アノードフリーセルでの長期サイクリング中のLiの不可逆的損失を相殺するための追加のLiソースを提供します。」
Liを採用することに加えて2犠牲剤としてのO、研究者らは求核性Oを中和するためにフルオロプロピルエーテル添加剤の使用を提案しました2-、Liの酸化中に放出されます2O、およびガス状Oの追加の進化を防ぎます2 バッテリーのカソードの表面にコーティングされたLiFベースの電解質の製造から生じます。
「私たちはそのOを示します2–Liを通じて放出された種2O酸化は、フッ素化エーテル添加剤によって相乗的に中和されます」と研究者らは論文で説明しました。 「これにより、カソード/電解質界面にLiFベースの層が構築され、カソード表面が不動態化され、エーテル溶媒の有害な酸化分解が抑制されます。」
彼らが考案した設計に基づいて、産業技術総合研究所のYu Qiaoとチームの他のメンバーは、長寿命の2.46Ahの初期アノードフリーポーチセルを実現することができました。 このセルは、320 Whkgの重量エネルギー密度を示しました。-1、80回の操作サイクル後に300％の容量を維持します。
将来的には、アノードフリーのリチウム バッテリー この研究グループによって導入されたものは、LMBの一般的に報告されている制限のいくつかを克服するのに役立つ可能性があります。 さらに、その設計は、より高いエネルギー密度とより長い寿命を備えた、より安全なリチウムベースの充電式電池の作成を刺激する可能性があります。
