Le nouvel électrolyte LiDFOB pour batteries lithium-ion présente une alternative rentable, hautement conductrice et stable aux sels de lithium traditionnels, améliorant les performances et la durabilité des batteries tout en simplifiant les processus de production et de recyclage.
Les scientifiques ont développé un électrolyte à très faible concentration pour les batteries lithium-ion.
Les sels de lithium améliorent la puissance des batteries mais augmentent également leur coût. Un nouvel électrolyte avec une très faible concentration de sel de lithium LiDFOB pourrait offrir une option moins chère et plus durable.
Il a été démontré que les cellules utilisant ces électrolytes et des électrodes conventionnelles ont des performances élevées, comme l'a rapporté une équipe de recherche à la revue. Chimie modifiée. De plus, l’électrolyte pourrait faciliter à la fois la production et le recyclage des batteries.
Défis avec les électrolytes traditionnels
Les batteries lithium-ion (LIB) alimentent les smartphones et les tablettes, propulsent les véhicules électriques et stockent l'électricité dans les centrales électriques. Les principaux composants de la plupart des LIB sont des cathodes d'oxyde de lithium et de cobalt (LCO), des anodes en graphite et des électrolytes liquides qui fournissent des ions mobiles pour les réactions cathodiques et anodiques découplées.
Ces électrolytes déterminent les propriétés de la couche d'interphase qui se forme sur les électrodes et affectent ainsi des caractéristiques telles que les performances de cyclage de la batterie. Cependant, les électrolytes commerciaux reposent encore majoritairement sur un système formulé il y a plus de 30 ans : 1,0 à 1,2 mol/L d'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6) en carboxylique acide esters (« solvant carbonate »).
Au cours des dix dernières années, des électrolytes à haute concentration (> 3 mol/L) ont été développés, augmentant les performances des batteries en favorisant la formation de couches d'interphase robustes à dominante inorganique. Cependant, ces électrolytes ont une viscosité élevée, une faible capacité de mouillage et une conductivité inférieure.
Les grandes quantités de sels de lithium nécessaires les rendent également très coûteuses, ce qui constitue souvent un paramètre critique pour la faisabilité. Pour réduire les coûts, des recherches ont également commencé sur les électrolytes à très faible concentration (< 0,3 mol/L). L’inconvénient de ceux-ci est que la cellule de batterie décompose plus de solvant que les quelques anions de sel, ce qui conduit à une couche d’interphase à prédominance organique et moins stable.
Percée avec l'électrolyte LiDFOB
Une équipe dirigée par Jinliang Yuan, Lan Xia et Xianyong Wu de l'Université de Ningbo (Chine) et du campus de l'Université de Porto Rico-Rio Piedras (États-Unis) a maintenant développé un électrolyte à très faible concentration qui pourrait convenir à une application pratique dans le lithium- Batteries ioniques : LiDFOB/EC-DMC.
Le LiDFOB (difluoro(oxalato)borate de lithium) est un additif courant et nettement moins cher que le LiPF.6. EC-DMC (carbonate d'éthyle/carbonate de diméthyle) est un solvant carbonate commercial.
L'électrolyte a une faible teneur en sel potentiellement record de 2 % en poids (0,16 mol/L), mais une conductivité ionique suffisamment élevée (4,6 mS/cm) pour faire fonctionner une batterie. De plus, les propriétés du DFOB– Les anions permettent la formation d'une couche d'interphase robuste à dominance inorganique sur les électrodes LCO et graphite, ce qui entraîne une stabilité de cyclage exceptionnelle dans les demi-cellules et les cellules entières.
Alors que le LiPF6 actuellement utilisé, se décompose en présence d'humidité, libérant du fluorure d'hydrogène gazeux (HF) hautement toxique et corrosif. Le LiDFOB est stable à l'eau et à l'air. Au lieu de conditions strictes en salle sèche, les LIB avec LiDFOB peuvent être fabriqués dans des conditions ambiantes, ce qui constitue une fonctionnalité supplémentaire permettant de réduire les coûts. Le recyclage serait également beaucoup moins problématique et conduirait à plus de durabilité.
L'étude a été financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, la Fondation provinciale des sciences naturelles du Zhejiang en Chine, le projet majeur Ningbo Science & Technology Innovation 2025 et le NSF Center for the Advancement of Wearable Technologies.
