固体電解質界面相（SEI）は、作動中の電池において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用いられています。高エネルギー密度リチウム（Li）金属電池は、不均一なSEIによって誘導される樹枝状のリチウム析出によって深刻な阻害を受けています。これはリチウム析出の均一性を向上させるという独自の利点を有するものの、実用化においては、アニオン由来SEIの効果は理想的ではありません。最近、清華大学の張強らの研究グループは、アニオン受容体を用いて電解質構造を調整し、安定したアニオン由来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有するトリス（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、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Li2Sが生成され、アニオン由来の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、およびLi +の微視的相互作用によって制御されます。電解質の構造は、溶媒と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、高濃度電解質（HCE）と局所高濃度電解質（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させるという独自の利点を示しています。溶媒とリチウム塩のモル比は低く（2未満）、アニオンはLi +の最初の溶媒和鞘に導入され、HCEまたはLHCEで接触イオン対（CIP）と凝集（AGG）を形成します。その後、SEIの組成はHCEとLHCEのアニオンによって制御され、アニオン由来SEIと呼ばれます。現状のアニオン由来SEIは、リチウム金属負極の安定化において優れた性能を示すものの、実用条件における課題を克服するには不十分です。そのため、実使用条件における課題を克服するためには、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の形態をとるアニオンは、アニオン由来SEIの主な前駆物質です。一般的に、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。これは、溶媒および希釈剤分子の正電荷が弱く局在しており、アニオンと直接相互作用できないためです。そのため、アニオンと直接相互作用することでアニオン電解質の構造を制御する新たな戦略が強く期待されています。
投稿日時: 2021年11月22日