（リチウム金属負極）新規アニオン由来固体電解質の界面相

固体電解質界面 (SEI) は、作動中の電池のアノードと電解質の間に形成される新しい相を表すために広く使用されています。高エネルギー密度のリチウム (Li) 金属電池は、不均一な SEI によって誘導される樹枝状リチウムの析出によって大きく妨げられます。アニオン由来の SEI には、リチウム析出の均一性を向上させるという独特の利点がありますが、実際の用途では、アニオン由来の SEI の効果は理想的ではありません。最近、清華大学の張強氏の研究グループは、アニオン受容体を使用して電解質の構造を調整し、安定したアニオン由来のSEIを構築することを提案しました。電子不足のホウ素原子を持つトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン アニオン受容体 (TPFPB) は、ビス(フルオロスルホンイミド) アニオン (FSI-) と相互作用して、FSI- の還元安定性を低下させます。さらに、TFPPB の存在下では、電解質中の FSI- のイオンクラスター (AGG) の種類が変化し、FSI- はより多くの Li+ と相互作用します。そのため、FSI- の分解が促進されて Li2S が生成され、アニオン由来 SEI の安定性が向上します。

SEI は電解質の還元分解生成物で構成されています。SEI の組成と構造は主に電解質の構造、つまり溶媒、アニオン、Li+ の間の微視的な相互作用によって制御されます。電解質の構造は溶媒やリチウム塩の種類だけでなく、塩の濃度によっても変化します。近年、高濃度電解液 (HCE) および局所的高濃度電解液 (LHCE) は、安定した SEI を形成することでリチウム金属アノードを安定化する上で独自の利点を示しています。溶媒とリチウム塩のモル比が低く (2 未満)、陰イオンが Li+ の最初の溶媒和シースに導入され、HCE または LHCE 内で接触イオン対 (CIP) と凝集 (AGG) が形成されます。その後、SEI の組成は HCE および LHCE のアニオンによって制御されます。これはアニオン由来 SEI と呼ばれます。リチウム金属アノードの安定化における魅力的な性能にもかかわらず、現在のアニオン由来 SEI は、実際の条件の課題に対処するには不十分です。したがって、実際の条件下での課題を克服するには、アニオン由来 SEI の安定性と均一性をさらに向上させる必要があります。

CIP および AGG の形のアニオンは、アニオン由来 SEI の主な前駆体です。一般に、溶媒および希釈剤分子の正電荷は弱く局在しており、アニオンと直接相互作用できないため、アニオンの電解質構造は Li+ によって間接的に制御されます。したがって、陰イオンと直接相互作用することによって陰イオン電解質の構造を制御するための新しい戦略が大いに期待されています。