L'interface électrolyte solide (SEI) est un terme couramment utilisé pour décrire la nouvelle phase qui se forme entre l'anode et l'électrolyte dans les batteries en fonctionnement. Les batteries au lithium (Li) métal à haute densité énergétique sont fortement pénalisées par le dépôt dendritique de lithium induit par une SEI non uniforme. Bien que cette dernière présente des avantages indéniables pour l'uniformité du dépôt de lithium, son efficacité reste limitée en pratique. Récemment, l'équipe de recherche de Zhang Qiang, de l'Université Tsinghua, a proposé d'utiliser des récepteurs d'anions pour moduler la structure de l'électrolyte et obtenir une SEI stable dérivée d'anions. Le récepteur d'anions tris(pentafluorophényl)borane (TPFPB), dont les atomes de bore sont déficients en électrons, interagit avec l'anion bis(fluorosulfonimide) (FSI⁻) pour réduire sa stabilité à l'état réduit. De plus, en présence de TFPPB, la nature des agrégats ioniques (AGG) de FSI⁻ dans l'électrolyte est modifiée, ce qui favorise l'interaction de FSI⁻ avec les ions Li⁺. Par conséquent, la décomposition de FSI- est favorisée pour produire du Li2S, et la stabilité de l'interface électrolyte solide (SEI) dérivée des anions est améliorée.
L'interface électrolyte solide (SEI) est composée des produits de décomposition réductrice de l'électrolyte. Sa composition et sa structure sont principalement déterminées par la structure de l'électrolyte, c'est-à-dire par l'interaction microscopique entre le solvant, l'anion et les ions Li⁺. La structure de l'électrolyte varie non seulement en fonction du type de solvant et de sel de lithium, mais aussi de la concentration de ce dernier. Ces dernières années, les électrolytes à haute concentration (HCE) et les électrolytes à haute concentration localisée (LHCE) ont démontré des avantages considérables pour la stabilisation des anodes de lithium métallique grâce à la formation d'une SEI stable. Le rapport molaire solvant/sel de lithium étant faible (inférieur à 2), les anions sont introduits dans la première couche de solvatation des ions Li⁺, formant des paires d'ions de contact (CIP) et des agrégats (AGG) dans les HCE et LHCE. La composition de la SEI est ensuite régulée par les anions dans les HCE et LHCE ; on parle alors de SEI dérivée des anions. Malgré leurs performances intéressantes en matière de stabilisation des anodes de lithium métal, les interfaces électrolyte solide (IES) actuelles, dérivées d'anions, ne répondent pas aux exigences des conditions d'utilisation réelles. Il est donc nécessaire d'améliorer encore la stabilité et l'uniformité de ces IES afin de surmonter ces difficultés.
Les anions, notamment le CIP et l'AGG, sont les principaux précurseurs de l'interface électrolyte solide (SEI) dérivée des anions. En général, la structure de l'électrolyte anionique est régulée indirectement par les ions Li⁺, car la charge positive des molécules de solvant et de diluant est faiblement localisée et ne peut interagir directement avec les anions. Par conséquent, de nouvelles stratégies de régulation de la structure des électrolytes anioniques par interaction directe avec les anions sont très attendues.
Date de publication : 22 novembre 2021