パデュー大学のViPERグループが高エネルギー密度、長寿命のリチウム金属二次電池を革新する(Purdue’s ViPER Group innovates high-energy-density, long life-cycle rechargeable litium metal batteries)

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2023-03-21 パデュー大学

インディアナ州ウェスト・ラファイエット – パデュー大学のヴィラス・ポール・エネルギー研究(ViPER)グループが行った研究は、高エネルギー密度のリチウム金属二次電池の開発とエーテル系電解質の電気化学的酸化不安定性の解決に有望であることを示しています。
この研究は、Nature Portfolioが発行する査読付きオープンアクセス科学雑誌「Nature Communications」2月10日号に掲載されました。
ViPERグループは、次世代の安全なリチウムイオン、リチウム硫黄、ナトリウムイオン、固体、超低温電池システム用の高容量材料の設計と製造に重点を置いています。

<関連情報>

高電圧安定型非水系リチウム金属電池用非極性エーテル系電解質溶液 Non-polar ether-based electrolyte solutions for stable high-voltage non-aqueous lithium metal batteries

Zheng Li,Harsha Rao,Rasha Atwi,Bhuvaneswari M. Sivakumar,Bharat Gwalani,Scott Gray,Kee Sung Han,Thomas A. Everett,Tanvi A. Ajantiwalay,Vijayakumar Murugesan,Nav Nidhi Rajput & Vilas G. Pol
Nature Communications  Published:16 February 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-36647-1

figure 1

Abstract

The electrochemical instability of ether-based electrolyte solutions hinders their practical applications in high-voltage Li metal batteries. To circumvent this issue, here, we propose a dilution strategy to lose the Li+/solvent interaction and use the dilute non-aqueous electrolyte solution in high-voltage lithium metal batteries. We demonstrate that in a non-polar dipropyl ether (DPE)-based electrolyte solution with lithium bis(fluorosulfonyl) imide salt, the decomposition order of solvated species can be adjusted to promote the Li+/salt-derived anion clusters decomposition over free ether solvent molecules. This selective mechanism favors the formation of a robust cathode electrolyte interphase (CEI) and a solvent-deficient electric double-layer structure at the positive electrode interface. When the DPE-based electrolyte is tested in combination with a Li metal negative electrode (50 μm thick) and a LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2-based positive electrode (3.3 mAh/cm2) in pouch cell configuration at 25 °C, a specific discharge capacity retention of about 74% after 150 cycles (0.33 and 1 mA/cm2 charge and discharge, respectively) is obtained.

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0402電気応用
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