無機物が豊富で堅牢な固体電解質界面（SEI）の構築は、ナトリウム金属電池（SMB）の電気化学的性能を向上させるための重要なアプローチの1つです。しかし、SEI中の一般的な無機物の導電性の低さと分布は、Na+の拡散を妨げ、不均一なナトリウム析出を引き起こします。本研究では、自己犠牲型LiTFSIをナトリウム塩ベースの炭酸塩電解質に導入することで、均一に分散した高導電性無機物を持つ独自のSEIを構築します。LiTFSIとFEC間の還元的競合効果により、均一に分散した無機物を持つSEIの形成が促進されます。高導電性Li3Nと無機物は、Na+の高速イオン輸送ドメインと高流束核形成サイトを提供し、高速での急速なナトリウム析出を促進します。したがって、LiTFSIとFECから得られるSEIにより、Na‖Na3V‖(PO‖)3セルは、60℃の超高レートにおいて10,000サイクル後でも89.15%の容量維持率（87.62 mA hg-1）を示すことができます。一方、LiTFSIを含まないセルでは、8,000サイクル後でも容量維持率はわずか48.44%にとどまります。さらに、特殊なSEIを備えたNa‖Na3V‖(PO‖)3パウチセルは、10℃で2,000サイクル後でも92.05%という安定した容量維持率を示します。この独自のSEI設計は、SMBを極めて高レート条件下で動作させるための新たな戦略を示唆しています。
硫化物電解質の狭い電気化学ウィンドウは、正極側と負極側の界面で異なる故障メカニズムを引き起こす可能性があります。正極側と負極側に異なる改質戦略を導入すると、硫化物ベースの全固体リチウム電池（ASSLB）の製造プロセスの複雑さが増します。本研究では、Li6PS5Cl（LPSC）の湿式精製プロセス中にリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（LiTFSI）シェルを導入する統合改質戦略を採用し、正極側と負極側の両方に同時に堅牢なフッ素化界面をin situで構築することに成功しました。リチウム負極側では、LiTFSI@LPSCの電子伝導性の低下とフッ素化界面の生成により、リチウムデンドライトの成長が効果的に抑制され、これは密度汎関数理論（DFT）計算によってさらに確認されました。その結果、Li|LiTFSI@LPSC|Liセルは、最大1.6 mA cm−2の臨界電流密度と、0.2 mA cm−2で1500時間を超える安定したサイクル性能を実現しました。カソード側では、LiTFSI@LPSCは複合カソード内のLi+輸送を強化しただけでなく、LiTFSIシェルがin situでLiFベースのカソード電解質界面（CEI）に分解しました。容量保持率は、4.6 Vの高いカットオフ電圧でLiNi0.83Co0.11Mn0.06O2（NCM83）を使用して2Cで500サイクル後に98.6 %を達成しました。機能化されたLiTFSI@LPSCは、アノード側とカソード側の両方に対して包括的なオールインワンの界面改質を可能にし、硫化物ベースのASSLBのインターフェースエンジニアリングを大幅に簡素化するとともに、優れた電気化学性能を提供します。
太陽光パネルが初めて設置された
1年後の太陽光パネル
5年後の太陽光発電拠点
