新しいプロセスは、バッテリーの不可逆的なエネルギー損失を防ぐように見えます

多くの場合、バッテリーが完全に充電されていると言うと、バッテリー製造の形成段階で発生する可能性のあるLiイオンが永久に失われるため、容量は保存できる理論エネルギー密度の70〜90％にすぎません。

これを克服し、リチウムイオンの初期損失を防ぐために、韓国科学院と韓国科学研究院の科学者らは、テクノロジー (KIST) は、グラファイト - シリコン酸化物 (SiOx、0.5 ≤ x ≤ 1.5) 複合アノードにおけるこの初期の Li イオン損失を最小限に抑えることができる電極前処理溶液を開発しました。

溶液に浸した後、50％のSiOxで構成されたアノードは、無視できるほどのLi損失を示し、完全なセルがほぼ理想的なエネルギー密度を示すことを可能にしました。

ほとんどの市販のリチウム電池はグラファイトアノードを使用していますが、SiOxは、グラファイトの5〜10倍の大容量であるため、大きな注目を集めています。ただし、SiOxは、グラファイトのXNUMX倍の活性Liを不可逆的に消費します。その結果、実用的な次世代アノードの代替として、グラファイトとSiOxの混合物からなる複合電極が推進されてきました。

より高いSiOx比でグラファイト-SiOx複合電極の容量が対応して増加した一方で、初期Liの損失も増加しました。その結果、グラファイト-SiOx複合電極のSiOx含有量の比率を15％に制限する必要がありました。これは、比率を50％に増やすと、初期のLi損失が40％になるためです。

これに対抗するために、KISTの研究チームは、電極を独自のソリューションに浸して、SiOx電極によるLi消費を軽減するプロセスを開発しました。次に、チームはこのプロセスを、商業化の可能性が非常に高いグラファイト-SiOx複合材料に適用しました。

チームは、以前に開発された前処理溶液が、グラファイトの多様なインターカレーション機能により、Liイオンを含む溶媒分子のグラファイトへの意図しない挿入を引き起こすことを発見しました。大きな溶媒分子のこのインターカレーションは、グラファイト-SiOx複合電極の構造破壊をもたらしました。電極の故障を防ぐために、研究者らは、溶媒とLiイオン間の相互作用を減らすために弱溶媒和溶媒を使用する代替ソリューションを開発しました。このソリューションにより、Liイオンを活物質に選択的に挿入できるようになり、グラファイト-SiOx複合電極への追加のLiの安定した供給が保証されます。

グラファイト-SiOx電極を研究チームが開発した溶液に約1分間浸漬した後、50％のSiOx比でも、最初のLi消費は完全に防止されました。その結果、電極はほぼ100％の高い初期効率を示し、初期充電でのLi損失はごくわずか（≤1％）であることを示しています。このプロセスで開発された電極の容量は、従来のグラファイトアノードの2.6倍であり、87.3回の充電/放電サイクル後も初期容量の250％を維持しています。

KISTのMinahLee博士は、次のように述べています。より大容量のリチウムイオン電池を製造し、将来のEVの燃費を向上させることが可能です。」

KISTの共同研究者であるジヒョン・ホン博士はさらに、「この技術は安全で大量生産に適しているため、商業化される可能性が高い」と付け加えた。