Использование LiFSI в конструкции электролита литий-ионных батарей: недостатки и стратегии улучшения.

2026-09-29 | Jerry Huang

Краткое содержание

Бис(фторсульфонил)имид лития (LiFSI) широко рассматривается как литиевая соль следующего поколения, призванная заменить гексафторфосфат лития (LiPF₆) в электролитах литий-ионных и литий-металлических батарей. Его превосходная термическая стабильность, высокая ионная проводимость и отличная устойчивость к гидролизу делают его особенно привлекательным для быстрой зарядки и применения в условиях экстремальных температур. Однако ряд серьезных проблем — прежде всего коррозия алюминиевого токосъемника, высокие производственные затраты, нестабильность межфазного слоя катод-электролит (CEI) и проблемы термической безопасности — препятствуют его широкому распространению. В данной статье представлен всесторонний анализ этих недостатков и рассмотрены новейшие стратегии улучшения, описанные в литературе до 2026 года.

1. Введение

Глобальный переход к литиевым батареям с высокой плотностью энергии — с целевым показателем >300 Вт·ч кг⁻¹ для электромобилей — предъявил беспрецедентные требования к характеристикам электролитов. Традиционные электролиты на основе LiPF₆, хотя и доминируют в коммерческих элементах, страдают от низкой термической стабильности (разложение при температуре выше ~80 °C), высокой чувствительности к гидролизу (образование коррозионно-активного HF) и недостаточной проводимости при низких температурах. Эти недостатки становятся особенно острыми в сценариях быстрой зарядки, где большие токи вызывают значительный омический нагрев, который выводит электролит за пределы его диапазона стабильности.

LiFSI (LiN(SO₂F)₂) стал убедительной альтернативой. Анион FSI⁻ обладает сильно делокализованным отрицательным зарядом, распределенным между двумя сульфонильными группами, что приводит к низкой энергии кристаллической решетки, высокой диссоциации и, следовательно, к превосходной ионной проводимости — обычно на 15–30% выше, чем у LiPF₆ при 25 °C (~10,2 мСм см⁻¹). Температура его термического разложения превышает 200 °C, а его устойчивость к гидролизу значительно лучше, чем у LiPF₆. Эти свойства сделали LiFSI стандартной добавкой — и все чаще основной солью — в составах быстрозаряжаемых электролитов.

Однако за этими многообещающими перспективами скрываются серьезные инженерные проблемы, которые необходимо решить, прежде чем LiFSI сможет полностью заменить LiPF₆ в промышленных масштабах.

2. Основные недостатки LiFSI

2.1 Коррозия алюминиевого токосъемника

Наиболее существенным и широко изученным ограничением LiFSI является его несовместимость с алюминиевым (Al) токосъемником, используемым на катодной стороне литий-ионных элементов.

Механизм. В обычных электролитах LiPF₆ анион PF₆⁻ разлагается при высоких потенциалах (>4,0 В относительно Li/Li⁺) с образованием тонкого пассивирующего слоя фторида алюминия (AlF₃) на поверхности алюминия. Эта пленка нерастворима в органических растворителях и эффективно предотвращает дальнейшую коррозию. В отличие от этого, анион FSI⁻ не образует стабильного пассивирующего слоя. Вместо этого FSI⁻ атакует исходную пленку Al₂O₃, что приводит к точечной коррозии и, при длительном циклировании, к так называемому «остеопорозоподобному» растворению алюминиевой подложки.

Зависимость от напряжения и температуры. Коррозия значительно усиливается при повышенных потенциалах (>4,3 В) и температурах (>55 °C). Растворенные ионы Al³⁺ могут мигрировать через электролит к аноду, где они участвуют в паразитных реакциях — явление, известное как «деградация из-за перекрестных помех», которое ускоряет снижение емкости и рост импеданса.

Уязвимость нержавеющей стали. Помимо алюминия, недавняя работа Яна и др. (Nature Communications, 2026) показала, что FSI⁻ также может дестабилизировать пассивный оксидный слой на токосъемниках из нержавеющей стали (SUS), вызывая сильное растворение металла в условиях высоковольтных циклов.

2.2 Высокая себестоимость производства

LiFSI по-прежнему значительно дороже, чем LiPF₆. По состоянию на конец 2025 года рыночная цена LiFSI составляла приблизительно 250 000 юаней/тонну (~25 долларов США/кг эквивалента в оптовой упаковке), что примерно вдвое выше, чем у LiPF₆ (~130 000 юаней/тонну). Себестоимость производства колеблется от 120 000 до 200 000 юаней/тонну, что обусловлено следующими факторами:

• Сложный многостадийный синтез, включающий реакции фторирования, сульфирования и имидирования, с жесткими требованиями к чистоте.

• Низкий общий выход продукта обусловлен побочными реакциями и сложностью удаления следовых примесей (например, остаточного хлорида, влаги).

• Высокие затраты на очистку окружающей среды — приблизительно 10 000 юаней за тонну отходов — из-за фторсодержащих побочных продуктов и кислых сточных вод.

В составах электролитов, где LiFSI составляет все большую долю соли (причем в некоторых быстрозаряжаемых электролитах LiFSI используется в качестве основной соли), стоимость соли может составлять более 60% от общей стоимости производства электролита, что делает снижение затрат критическим препятствием для его широкомасштабного внедрения.

2.3 Нестабильность межфазной границы катод-электролит (МЭП) и растрескивание катода

Путь разложения FSI⁻ принципиально отличается от пути разложения TFSI⁻ или PF₆⁻. В окислительных условиях на поверхности катода связи S–F в FSI⁻ могут разрываться, образуя такие соединения, как SO₂ и различные фторсульфонатные фрагменты. Образующаяся пленка CEI, как правило, механически хрупка и недостаточно защищает при высоких напряжениях.

Тонг и др. (Materials Today, 2025) сообщили, что электролиты на основе LiFSI могут вызывать микротрещины в катодных электродных листах, особенно в слоистых оксидах с высоким содержанием никеля (NMC811, NCA). Эти трещины обнажают свежую поверхность катода для электролита, запуская непрерывное разложение электролита, растворение переходных металлов и рост импеданса — самоускоряющийся цикл деградации.

2.4. Тепловой разгон в системах быстрой зарядки

Хотя сам LiFSI термически стабилен (начало разложения >200 °C), поведение электролитных систем на основе LiFSI при тепловом разгоне отличается от поведения обычных составов LiPF₆. Исследование, опубликованное в журнале RSC Energy & Environmental Science (2025), показало, что после длительного цикла быстрой зарядки элементы на основе LiFSI демонстрируют измененные профили тепловыделения и закономерности выделения газов. Продукты разложения, включая SO₂ и HF, имеют другую кинетику выделения, и границы тепловой безопасности элемента необходимо пересмотреть, а не просто экстраполировать на основе систем на основе LiPF₆.

2.5 Проблемы совместимости с кремниевыми анодами

Хотя LiFSI способствует образованию твердого электролитного слоя (SEI), богатого неорганическим LiF, что, как правило, благоприятно сказывается на механической прочности, огромное объемное расширение кремниевых анодов (~300%) во время литирования приводит к многократному разрушению и повторному образованию SEI. Это вызывает непрерывный расход электролита, низкую начальную кулоновскую эффективность и быстрое снижение емкости при длительном циклировании. Взаимодействие продуктов разложения LiFSI с кремниевой поверхностью требует тщательной разработки электролита для достижения долговременной стабильности.

3. Стратегии улучшения

3.1 Снижение коррозии алюминия

3.1.1 Двухсолевые и многосолевые электролитные системы

Наиболее зрелый в промышленном отношении подход сочетает LiFSI с LiPF₆ в двухсолевой композиции. Анион PF₆⁻ обеспечивает необходимый пассивирующий слой AlF₃ на алюминиевом токосъемнике, а LiFSI способствует его превосходной проводимости и термической стабильности. Каутц и др. (Journal of The Electrochemical Society, 2026) продемонстрировали оптимизированный двухсолевой электролит LiFSI–LiPF₆ с контролируемой структурой сольватации, который показал превосходную циклическую стабильность в широком диапазоне температур, от отрицательных до повышенных.

3.1.2 Добавки на основе боратов

Соли бората лития — в частности, дифтор(оксалато)борат лития (LiDFOB) и бис(оксалато)борат лития (LiBOB) — доказали свою высокую эффективность в качестве добавок, препятствующих коррозии. Эти соединения преимущественно окисляются на поверхности алюминия, образуя защитную пленку, предотвращающую воздействие FSI⁻. Примечательно, что Ян и др. (Nature Communications, 2026) показали, что добавление LiDFOB одновременно подавляет растворение как алюминия, так и нержавеющей стали в электролитах на основе LiFSI, предлагая двойной механизм защиты.

3.1.3 Инженерное проектирование сольватационной структуры

Более фундаментальный подход предполагает реструктуризацию сольватационной оболочки Li⁺ для ограничения доступа FSI⁻ к поверхности Al. Стратегии включают в себя:

• Электролиты высокой концентрации (ЭВК) : При очень высоких концентрациях соли (>3 М) количество свободных молекул растворителя резко уменьшается, и анионы FSI⁻ становятся прочно координированными с Li⁺, что ограничивает их активность в отношении коррозии алюминия.

• Фторированные эфирные растворители : Фторированные разбавители, такие как TTE (1,1,2,2-тетрафторэтил-2,2,3,3-тетрафторпропиловый эфир) и более новые альтернативы, такие как HFTEP, снижают окислительное разложение электролита, одновременно изменяя среду сольватации для защиты токосъемника.

• Двуханионные сольватационные структуры : Было показано, что введение сорастворителей, таких как диметиловый эфир тетраэтиленгликоля (TEGDME), наряду с LiNO₃ позволяет создать стабильную двуханионную сольватационную структуру Li⁺. TEGDME способствует координации FSI⁻ вдали от поверхности Al, в то время как LiNO₃ усиливает ионно-дипольные взаимодействия Li⁺-растворитель и образует богатую азотом пассивирующую пленку на поверхности металлического лития. Эта двойная стратегия позволила достичь сохранения емкости на уровне 89,6% после 400 циклов при 55 °C.

3.1.4 Добавки на основе ионных жидкостей

Для одновременного решения проблем потери лития и коррозии алюминия были исследованы ионные жидкости, содержащие анионы, такие как DFOB⁻ и PO₂F₂⁻. В безанодных литий-металлических элементах, работающих при высоких напряжениях, эти добавки способствуют образованию защитных межфазных слоев как на катодной, так и на токосъемной поверхностях.

3.2 Снижение затрат

• Оптимизация процесса : Разрабатываются методы непрерывного синтеза, усовершенствованные методы очистки и каталитические технологии для повышения выхода продукта и сокращения образования отходов.

• Масштабирование производства и развитие цепочки поставок : По мере расширения производственных мощностей — особенно в Китае, где крупные производители электролитов инвестируют в линии по производству LiFSI — ожидается, что эффект масштаба сократит разрыв в цене с LiPF₆.

• Составы на основе смешанных солей : Использование LiFSI в качестве частичной замены (например, 20–50% молярной доли), а не полной замены, снижает стоимость соли на одну ячейку, сохраняя при этом большинство преимуществ в производительности.

3.3 Стабилизация межфазной границы катод-электролит

3.3.1 Фторированные растворительные системы

Фторированные растворители продемонстрировали исключительные перспективы в повышении стабильности CEI. Лю и др. (Nature Energy, 2026) показали гибридный фторированный ионно-жидкостный электролит, в котором высокофторированный катион синергетически взаимодействует с анионами и разбавителями, повышая окислительную стабильность и обеспечивая надежное циклирование при напряжениях, превышающих 4,5 В.

3.3.2 Системы растворителей на основе сульфонамидов

Прорывной подход, предложенный Сюэ и др. (Сианьский университет Цзяотун, опубликовано в журнале Advanced Materials, 2025), представил смешанный сульфонамидный электролит, состоящий из соли LiFSI и двух сульфонамидных растворителей, не требующий дополнительных добавок. Этот электролит образует плотный, богатый неорганическими веществами, самоограничивающийся межфазный слой на кремниевых анодах во время первого литирования. В агрессивных условиях (отсечка 4,5 В, удельная емкость 5 мА·ч·см⁻²) пакетные элементы NMC811||high-Si достигли сохранения емкости на уровне 80% после 1150 циклов — по сравнению с всего 383 циклами с обычным промышленным электролитом.

3.4 Обеспечение термической безопасности

• Системное управление тепловым режимом : Системы управления тепловым режимом батарей необходимо перекалибровать для электролитов на основе LiFSI, учитывая их различные температуры начала теплового разгона и профили выделения газов.

• Настройка состава электролита : регулирование соотношения растворителей и добавление огнестойких добавок (например, фосфорсодержащих соединений) может изменять термические свойства без ущерба для ионной проводимости.

• Характеризация методом калориметрии с ускорением реакции (ARC) : Необходимы комплексные испытания на термический разгон, специфичные для каждой рецептуры LiFSI, а не экстраполяция на основе эталонных значений LiPF₆.

3.5 Улучшение совместимости кремниевых анодов

• Разработка электролита для создания прочного SEI : сочетание LiFSI с солями и специально подобранными системами растворителей для формирования SEI, который компенсирует расширение объема, сохраняя при этом ионный транспорт.

• Стратегии предварительного литирования и создания искусственного SEI : пополнение запасов лития и предварительное формирование механически податливого межфазного слоя может компенсировать начальную нестабильность SEI, связанную с LiFSI на кремниевых поверхностях.

• Инженерное проектирование электролита для регулирования SEI на кремниевых анодах : Недавняя работа (OAE Publishing, EnergyZ, 2026) показала, что сочетание диглицидилового эфира этиленгликоля (EGDE) с LiFSI увеличивает доступность анионов за счет регулирования координации Li⁺, тем самым повышая стабильность SEI на кремниевых частицах микрометрового масштаба.

4. Резюме и перспективы

Проблема 1 : Коррозия алюминиевого токосъемника. Причина : FSI⁻ не обеспечивает пассивацию поверхности алюминия. Наилучшее решение : LiFSI + двухсолевая смесь LiPF₆ + добавка LiDFOB. Степень зрелости : Применяется в промышленности.

Проблема 2 : Высокая себестоимость производства. Причина : Сложный синтез, низкий выход, очистка отходов. Наилучшее решение на данный момент : Масштабирование + оптимизация процесса + использование смешанных солей. Степень зрелости : В процессе.

Проблема 3 : Нестабильность CEI / растрескивание катода. Причина : Разрыв связи S–F при высоком напряжении . Наилучшее решение на данный момент : Фторированные растворители, сульфонамидные электролиты. Уровень зрелости : Лабораторная проверка.

Проблема 4 : Риск теплового разгона. Причина : Изменение путей разложения при быстрой зарядке. Наилучшее на данный момент решение : Управление тепловым режимом на системном уровне + характеризация дугового разряда. Степень зрелости : Ранняя стадия.

Проблема 5 : Несовместимость кремниевого анода. Причина : Разрушение SEI под воздействием объемного расширения. Наилучшее решение на данный момент : Использование смешанных сульфонамидных электролитов, добавок EGDE. Степень зрелости : Лабораторная проверка.

Направление исследований LiFSI смещается от пассивного снижения коррозии (защита на основе добавок) к активному молекулярному проектированию — разработке структуры сольватации, координации анионов и межфазной химии для фундаментального устранения условий, приводящих к коррозии и нестабильности. Благодаря постоянному совершенствованию состава электролитов и масштабированию производства, LiFSI переходит от высокотехнологичной добавки для систем быстрой зарядки к жизнеспособной основной литиевой соли следующего поколения.

В ближайшие годы, вероятно, произойдет сближение трех тенденций: (1) совершенствование двухсолевых и многосолевых составов, обеспечивающих баланс между стоимостью и производительностью, (2) появление новых систем растворителей (сульфонамиды, фторированные эфиры, ионные жидкости), решающих проблемы CEI и коррозии на молекулярном уровне, и (3) дальнейшее снижение себестоимости производства LiFSI за счет инноваций в технологических процессах и расширения мощностей. В совокупности эти разработки ставят LiFSI в центр следующего крупного этапа эволюции технологии электролитов для литий-ионных батарей.

Ссылки

[E1] Ян, П. и др. «Механизм и способы смягчения растворения нержавеющей стали в электролитах на основе LiFSI». Nature Communications , 2026.

[E2] Лю, Ц. и др. «Гибридный фторированный ионно-жидкостный электролит для высоковольтных литий-металлических батарей». Nature Energy , 2026.

[E3] Каутц, Д.Дж. и др. «Усовершенствованный электролит LiFSI–LiPF₆ для применения в широком диапазоне температур и для быстрой зарядки». Журнал Электрохимического общества , 2026.

[E4] Тонг, Л. и др. «Возникновение бис(фторсульфонил)имида лития: эффективная соль лития для батарей следующего поколения». Materials Today , 2025.

[E5] Чжан, М. и др. «Проблемы, стратегии и перспективы в области интерфейсов между твердотельными электролитами и электродами». EnergyZ (OAE Publishing) , 2026.

[E6] Чен, Ю. и др. «Химия коррозии алюминия в высоковольтных литий-металлических батареях с эфирными электролитами на основе LiFSI». ACS Applied Materials & Interfaces , 2024.

[E7] Джанг, Т. и др. «Влияние структур сольватации Li⁺ на коррозию алюминия в фторированных эфирных электролитах». PubMed , 2025.

[E8] Шеер, К.М. и др. «Анодное растворение алюминиевого токосъемника в литий-ионных элементах с LiFSI, LiPF₆ и LiBF₄». Журнал Электрохимического общества , 2025.

[E9] Сюэ, В. и др. «Смешанный сульфонамидный электролит для литий-ионных батарей с длительным сроком службы». Advanced Materials , 2025.

[E10] «Механизм теплового разгона быстрозаряжаемых литий-ионных батарей с использованием электролитов на основе LiFSI». RSC Energy & Environmental Science , 2025.

[E11] Чжан, СС «Раскрытие тайны LiFSI как единственной соли в электролитах низкой и средней концентрации». Журнал энергетической химии , 2022.

[E12] «Эволюция электролитов: дорожная карта от структуры сольватации до батарей следующего поколения». Nano-Micro Letters (Springer) , 2026.

[E13] «Инженерное проектирование электролита для регулирования SEI на кремниевых анодах в литий-ионных батареях». EnergyZ (OAE Publishing) , 2026.

Низкотемпературная и долговечная конструкция интерфейса для сульфидных твердотельных батарей

2026-09-22 | Jerry Huang

Примечание редактора: 21 апреля 2026 года группа академика Сюэляна Суня и Чанхуна Вана из Восточного технологического института в Нинбо опубликовала в журнале Advanced Energy Materials исследовательскую статью под названием «Ионный эластомерный интерфейс для низкотемпературных и долговечных твердотельных батарей». В этом исследовании предлагается стратегия создания ионно-проводящего эластомерного интерфейса, который формирует композитный интерфейс, сочетающий механическую гибкость с ионной проводимостью, что позволяет обеспечить стабильную работу твердотельных батарей (ТТБ) при низком внешнем давлении. Разработанный ионный эластомер, состоящий из SIBS (блок-сополимера стирола-изобутилена-стирола) и LiTFSI-G3 (бис(трифторметансульфонил)имида лития с триглимом), демонстрирует выдающиеся комплексные характеристики: ионную проводимость при комнатной температуре 0,3 мСм см⁻¹, проводимость композитного электролита до 5,23 мСм см⁻¹, низкий модуль упругости 29,8 МПа и превосходную термическую стабильность (≥400 °C). Благодаря такой конструкции интерфейса, батарея обеспечивает начальную емкость 200 мА·ч г⁻¹ при низком давлении в стеке всего 5 МПа и стабильную работу в течение более 700 циклов при скорости разряда 1C. Это стало возможным благодаря усилиям исследователей, предпринявших ключевое решение проблемы обработки интерфейса в твердотельных батареях на основе сульфидов.

Абстрактный

Твердотельные батареи (ТТС) обладают значительным потенциалом в качестве систем хранения энергии следующего поколения благодаря высокой плотности энергии и присущей им безопасности. Однако их практическое внедрение затруднено необходимостью высокого внешнего давления (обычно десятки мегапаскалей) для поддержания контакта между твердыми телами и обеспечения долговременной стабильности циклической работы. В данной работе мы представляем ионный эластомер, специально разработанный для обеспечения стабильной работы ТТС при значительно сниженном давлении в блоке. Эластомер сочетает в себе механически гибкую полимерную матрицу с ионно-проводящей фазой, обеспечивая высокую ионную проводимость при комнатной температуре (0,3 мСм см−1), низкий модуль упругости (29,8 МПа), превосходную термическую стабильность (≥400°C) и высокую химическую совместимость с твердотельными электролитами на основе сульфидов (ТЭЭ). При интеграции с сульфидными ТЭЭ композит демонстрирует замечательную ионную проводимость при комнатной температуре 5,23 мСм см−1. Включение этого композита в твердотельные литий-ионные батареи с высоконикелевыми катодами (Ni ≥ 90%) обеспечивает начальную емкость 200 мА·ч·г⁻¹ при 0,05C и выдающуюся циклическую стабильность в течение более 700 циклов при 1C при низком давлении в батарее всего 5 МПа. Эта стратегия с использованием ионного эластомера снижает электрохимико-механическую деградацию, устраняет необходимость в высоком давлении и предлагает масштабируемый путь к созданию практичных и долговечных технологий твердотельных литий-ионных батарей.

Давайте вернемся к рассмотрению текущих проблем, связанных с межфазным взаимодействием твердых тел в твердотельных литий-ионных батареях на основе сульфидов:

Проблема твердотельного интерфейса в твердотельных батареях на основе сульфидов в основном связана с неспособностью твердых тел «смачиваться» и конформно прилипать друг к другу, как это делают жидкие электролиты, что приводит к плохому контакту, чрезмерным межфазным реакциям и образованию трещин. Это представляет собой наиболее серьезное препятствие на пути перехода от лабораторных исследований к массовому производству твердотельных батарей на основе сульфидов. Конкретные проблемы можно разделить на три класса: недостаточный физический контакт, побочные химические реакции и механические повреждения.

Первый фактор. Плохой физический контакт — «разомкнутая цепь» ионных каналов.

Точечный контакт : как катодные, так и электролитные частицы представляют собой твердые тела; после смешивания они могут образовывать только точечный контакт с многочисленными межфазными пустотами, что приводит к закупорке каналов переноса ионов лития и высокому межфазному сопротивлению.

Отсутствие способности к самовосстановлению : в жидкостных батареях электролит заполняет зазоры по мере расширения и сжатия электродов; как только граница раздела твердых тел отрывается, разрыв становится необратимым.

Два. Обилие побочных химических реакций — «отравление» интерфейса.

Катодная сторона : При высоких напряжениях сульфидные электролиты склонны к окислению и реагируют с материалами катода, образуя низкопроводящие межфазные слои (например, Li₂S, P₂Sₓ). Также образуется «слой пространственного заряда» — ионы лития истощаются на границе раздела, подобно внезапному ограничению скорости на автомагистрали, что приводит к резкому увеличению импеданса.

Анодная сторона : При контакте с металлическим литием легко происходят реакции восстановления, в результате чего образуются высокоимпедансные побочные продукты, способствующие росту литиевых дендритов вдоль границ зерен, которые могут проникать в электролит и вызывать короткие замыкания.

Три. Механический отказ — «разрушение» после циклической эксплуатации.

Изменения объема : Во время заряда и разряда электродные материалы расширяются и сжимаются (кремниевые аноды могут разбухать более чем на 300%). После сотен циклов поверхности контакта твердых тел трескаются и отслаиваются, что приводит к резкому снижению емкости.

Требование внешнего давления : В лабораторных условиях контакт на границе раздела фаз может поддерживаться принудительно путем приложения внешнего давления в десятки и сотни мегапаскалей. Однако такие системы создания давления не могут быть использованы в транспортных средствах. Достижение стабильного контакта при нулевом или низком давлении в процессе серийного производства остается сложной инженерной задачей.

Следует отметить, что сульфидные электролиты чрезвычайно чувствительны к влаге — воздействие воды приводит к выделению токсичного газа H₂S. Это требует проведения всего производственного процесса в инертной атмосфере или при сверхнизкой точке росы, что еще больше усложняет задачу проектирования межфазных границ.

Ссылка

https://doi.org/10.1002/aenm.202504652

Новые электролиты позволяют создавать литий-ионные батареи с плотностью энергии более 700 Вт·ч/кг.

2026-03-27 | Jerry Huang

Примечание редактора: Новые синтезированные материалы открывают возможности для создания новых электролитов, позволяющих литий-металлическим пакетным элементам достигать плотности энергии более 700 Вт·ч/кг при комнатной температуре и около 400 Вт·ч/кг при -50 °C. Литиевая соль LiFSI играет очень важную роль в разработке электролитов. Огромная благодарность за замечательные исследования и подход академика Цзюнь Чена и команды Цин Чжао из Нанькайского университета. Какие изменения и вдохновение могут принести нам их исследования? Давайте посмотрим.

Абстрактный

В последние десятилетия в качестве электролитных растворителей для электрохимических устройств преобладали лиганды на основе кислорода (O) и азота (N), для которых диполь-ионное взаимодействие (Li+, Na+ и т. д.) обычно закладывает основу для диссоциации и переноса ионов, но препятствует процессу переноса заряда на границе раздела электролит-электрод. В данной работе, синтезируя алканы с монофторированными структурами, мы показываем, что лиганды на основе фтора (F) с заданным стерическим препятствием и основностью по Льюису позволяют растворять соли с концентрацией более 2 моль/л. Среди них литий-ионный электролит на основе 1,3-дифторпропана (DFP) обладает всеми преимуществами для энергоемких и низкотемпературных батарей, включая низкую вязкость (0,95 сП), высокую окислительную стабильность (>4,9 В) и ионную проводимость 0,29 мСм/см при −70 °C. Включение атомов F в первую сольватационную оболочку обеспечивает слабую координацию F–Li+, что облегчает процесс осаждения/удаления лития с кулоновской эффективностью (CE) до 99,7% и плотностью обменного тока на порядок выше, чем при координации O–Li+ при −50 °C. Кроме того, эти электролиты позволяют использовать литий-металлические пакетные элементы с количеством электролита менее 0,5 г/Ач, достигая плотности энергии более 700 Вт·ч/кг при комнатной температуре и около 400 Вт·ч/кг при −50 °C. Гидрофторуглеродные (ГФУ) электролиты, представленные в данной работе, обеспечивают перспективный подход к созданию электрохимических систем, выходящих за рамки традиционной координационной химии.

Ссылка

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6

Срочная новость: на выставке CES 2026 представлена масштабируемая твердотельная батарея, способная полностью заряжаться за 5 минут.

2026-01-07 | Jerry Huang

Новости с выставки потребительской электроники CES 2026 в Лас-Вегасе: финский стартап Donut Lab представил на ежегодной выставке CES свой взрывной «высокотехнологичный» продукт — компания утверждает, что ее батарея является первой в мире серийно выпускаемой полностью твердотельной батареей (ASSB). На выставке CES 2026 компания Donut Lab объявила о выпуске, как она заявляет, первой в мире полностью твердотельной батареи, готовой к серийному производству и которая станет первым типом батареи, применяемым в мотоциклах Verge Motorcycles TS Pro и Ultra. Если эти батареи действительно поступят в продажу, это станет важной вехой на пути глобальной электрификации, ознаменовав переход твердотельной технологии из лаборатории в серийное производство. В пресс-релизе на своем официальном сайте компания Donut Lab заявила о своей приверженности инновациям и предоставлению новых решений в области электрификации, постоянно расширяя границы возможностей электромобилей и выводя на рынок новые технологии. Donut Lab формирует будущее мобильности. «Сейчас Donut Lab с гордостью представляет первую в мире полностью твердотельную батарею, которую можно использовать в производстве автомобилей OEM-производителей. Твердотельная батарея Donut Lab будет немедленно введена в коммерческое применение, обеспечивая питание существующей линейки мотоциклов Verge».

Согласно сообщениям, полностью твердотельная батарея Donut Lab обеспечивает плотность энергии 400 Вт·ч/кг, что позволяет увеличить дальность хода, облегчить конструкцию и обеспечить беспрецедентную гибкость в проектировании транспортных средств и продукции.

Аккумулятор полностью заряжается всего за 5 минут без необходимости ограничивать зарядку до 80%, и он поддерживает безопасную, многократную и надежную полную разрядку.

В отличие от традиционных литий-ионных батарей, эта полностью твердотельная батарея обеспечивает «минимальное снижение емкости» на протяжении всего срока службы. Утверждается, что она прошла испытания на 100 000 циклов зарядки, что обеспечивает реальный срок службы, значительно превосходящий существующие технологии. Безопасность — еще одна ключевая особенность: отсутствие легковоспламеняющихся жидких электролитов, отсутствие теплового разгона и металлических дендритов! Это принципиально исключает причины возгорания батарей, делая их чрезвычайно безопасными и поистине революционными. Компания Donut Lab заявила, что характеристики батареи были тщательно протестированы при температурах от -30 до более 100 градусов Цельсия (сохранение 99 процентов емкости «без признаков возгорания или деградации»).

Что касается сырья и стоимости, компания Donut Lab заявляет, что ее твердотельные батареи полностью изготовлены из «доступных, недорогих и геополитически безопасных материалов», не содержащих редких элементов и стоящих дешевле, чем литий-ионные аналоги. Однако Donut Lab не уточняет, какие именно материалы необходимы для производства их твердотельных батарей.

Антуан Гудвин, ведущий журналист автомобильной индустрии, на выставке CES в этом году познакомился с моделью твердотельной батареи от Donut Lab. По его словам, размер этой батареи сопоставим с батареей смартфона с большим экраном (например, iPhone 17 Pro Max), и она чрезвычайно легкая. Эта сверхлегкая батарея также будет очень полезна для применения в дронах в будущем.

Согласно плану, компания Donut Lab намерена разработать решение для объединения этих батарей в более крупные энергоблоки емкостью 5 кВт⋅ч; при этом каждый блок будет по размерам аналогичен игровой консоли PS5. Небольшие габариты позволят установить четыре таких энергоблока в раму мотоцикла Verge TS Pro. В основе этой новаторской конструкции лежит интегрированный в колесо круглый электродвигатель, анонсированный компанией Donut Lab в прошлом году. В понедельник компании Donut Lab и Verge Motorcycles объявили, что мотоциклы Verge станут первыми в мире серийно выпускаемыми транспортными средствами, оснащенными новой батареей. Время зарядки мотоцикла составляет всего 10 минут, что обеспечивает запас хода до 60 километров в минуту. А их версия Verge Ultra может проехать до 600 километров на одном заряде. Срок службы батареи в 100 000 циклов означает теоретический запас хода в 60 миллионов километров. Даже при пробеге 60 000 километров в год эта батарея теоретически может прослужить 1000 лет. Некоторые говорят, что это звучит «слишком хорошо, чтобы быть правдой».

«Компания Donut Lab разработала новую высокопроизводительную твердотельную батарею Donut Battery, которую можно масштабировать до крупных производственных объемов, и которая уже используется в реальных условиях на мотоциклах Verge Motorcycles, которые появятся на дорогах в первом квартале 2026 года». Цена на Verge TS Pro начинается от 29 900 долларов. Помимо установки в электромотоциклы, твердотельные батареи, очевидно, более перспективны для применения в электромобилях. Гудвин заявил, что преимущества этой технологии наиболее значительны в крупных транспортных средствах — снижение веса и повышение скорости зарядки в процессе эксплуатации будут иметь удвоенный эффект. В понедельник компания Donut Lab объявила о сотрудничестве с компанией WattEV, занимающейся производством электромобилей, для создания сверхлегкой модульной платформы для электромобилей, которая объединит технологии двигателей и батарей Donut.

«Твердотельные батареи всегда описывались как технология, которая появится «всего через несколько лет», — сказал генеральный директор Donut Lab Марко Лехтимяки. — Наш ответ другой. Они готовы уже сегодня. Не позже».

Для лучшего понимания давайте рассмотрим батареи, используемые в настоящее время в коммерческих целях. В аккумуляторной промышленности всегда существовала «(Мунделловская) трилемма» или «Невозможная троица», которая относится к сложности одновременного балансирования трех основных показателей батарей (производительность, стоимость и безопасность). Оптимизация одного из них часто требует жертвования другим или даже двумя.

Для сравнения, энергетическая плотность лучших коммерческих литий-ионных батарей составляет приблизительно от 250 до 300 Вт·ч/кг, а типичный срок службы — около 5000 циклов. Для продления срока службы батарей часто не рекомендуется заряжать их выше 80%. Если все характеристики батареи Donut верны, она, по сути, превосходит существующие технологии по всем параметрам.

Какого прогресса достигли другие производители батарей? Каковы их планы по массовому производству своих твердотельных полимерных батарей (ASSB)? В октябре 2025 года компания Sunwoda анонсировала новое поколение твердотельных полимерных батарей с плотностью энергии 400 Вт·ч/кг, срок службы которых составляет всего 1200 циклов; супербатарея второго поколения Shenxing, выпущенная компанией CATL в апреле 2025 года, также поступила в продажу и обеспечивает запас хода в 520 километров при 5-минутной зарядке. Срок службы батареи LFP пятого поколения составляет приблизительно более 3000 циклов.

Первоначально Toyota планировала начать серийное производство своих твердотельных батарей в 2020 году, но позже этот срок был отложен до 2023 года, затем до 2026 года, а теперь – до 2027-2028 годов. Компания Samsung SDI также поставила перед собой цель разработать масштабируемые твердотельные батареи к 2027 году.

Компания CATL планирует начать мелкосерийное производство твердотельных батарей в 2027 году, а крупномасштабное — примерно в 2030 году. Hyundai и Kia заявляют, что это произойдет не раньше 2030 года. Bloomberg NEF прогнозирует, что даже к 2035 году доля твердотельных батарей на мировом рынке электромобилей и систем хранения энергии составит лишь около 10%.

Инвесторы и консалтинговые фирмы сохраняют оптимизм в отношении спроса на литий в 2026 году.

2025-12-17 | Jerry Huang

За последние несколько лет мировой рынок электромобилей достиг относительно «рациональных» темпов роста на фоне повсеместного сокращения субсидий на электромобили, что привело к более слабому, чем ожидалось, спросу на соли лития в тот же период времени.

Недавно консалтинговая фирма Adamas Intelligence спрогнозировала, что по мере того, как популярность электромобилей вступает в относительно зрелую стадию, рост спроса на системы хранения энергии станет «ключевым фактором колебаний», который повлияет на производство батарей, что в конечном итоге определит спрос на литий в 2026 году. Citigroup, UBS и Bernstein прогнозируют, что это расширение сегмента систем хранения энергии приведет к дефициту лития на мировом рынке в следующем году. Спрос на литий в сегменте систем хранения энергии, вероятно, вырастет на 55% в следующем году, что значительно опередит 19-процентный рост спроса на электромобили.

Представлена еще одна недорогая и экологичная технология для переработки катодов литий-ионных аккумуляторов.

2025-11-25 | Jerry Huang

Примечание редактора: Быстрое развитие потребительской электроники, электромобилей и систем хранения энергии привело к огромному спросу на литий-ионные батареи (ЛИБ). Однако, учитывая срок службы всего 6-8 лет, ожидается, что к 2030 году израсходуется более 11 миллионов тонн батарей, что вызовет беспрецедентное давление на ресурсы, экологические риски и экономические проблемы. В настоящее время основное внимание в этих усилиях по переработке уделяется переработанным катодным материалам (в частности, слоистым оксидам металлов, LMO), содержащим ценные элементы, такие как Li, Co, Ni и Mn.

Вот еще один подход, представленный командой Цюаньцюаня Пана из Пекинского университета совместно с командой Цзяшэня Мэна из Ванкуверского технологического университета, к переработке отработанных катодов литий-ионных аккумуляторов, в частности, LMO. Выражаю глубокую благодарность всем исследователям.

Примечательно, что этот подход LTMS-ECR напрямую обрабатывает отработанные катоды, все еще прикрепленные к алюминиевым токосъемникам, без этапа измельчения электродов в «черный порошок», что значительно упрощает этапы предварительной обработки.

Утверждается, что технология LTMS-ECR обладает потенциалом для достижения высокой рентабельности в размере 1,86 долл. США/кг при переработке отработанных батарей благодаря использованию многоразовых недорогих электролитов на основе расплавленных солей и Li2O, а также ценных побочных продуктов Co3O4 и LiCl, что демонстрирует почти десятикратное улучшение по сравнению с пирометаллургическими и гидрометаллургическими технологиями.

Анализ технического, экономического и экологического воздействия показывает, что технология LTMS-ECR обладает замечательной экономической целесообразностью и углеродной устойчивостью. Высокая эффективность извлечения, низкое энергопотребление и экологичность представляют собой революционный химический метод переработки катодных материалов.

Абстрактный

Электрохимическая переработка (ЭХП) предлагает перспективную стратегию, использующую возобновляемую энергию для деконструкции отработанных слоистых оксидов металлов (СМО). Однако существующие подходы к ЭХП ограничены высокотемпературной работой (до 750 °C) с использованием расплавов карбонатов или хлоридов щелочных металлов в качестве электролитов, что приводит к высокому потреблению энергии на подвод тепла. В данном исследовании предлагается низкотемпературный электролит на основе расплава хлоралюмината щелочного металла, состоящий из AlCl3–LiCl, позволяющий проводить электролиз ЭХП при температуре всего 150 °C. Благодаря высокой растворимости носителя заряда O2− в расплаве хлоралюмината щелочного металла, катод СМО подвергается электрохимическому восстановительному деструктурированию с образованием элементарных переходных металлов и хлорида лития (LiCl). Важно отметить, что два продукта нерастворимы в расплаве с добавлением Li2O и могут быть разделены с помощью простой обработки водным выщелачиванием. Примечательно, что благодаря использованию инертного анода из нитрида титана (TiN) выбросы CO2 в процессе электролиза исключаются за счет генерации O2, что дополнительно способствует углеродной нейтральности. При использовании низкотемпературного электрохимического цикла с расплавленной солью (LTMS-ECR) достигается высокая степень извлечения кобальта из LiCoO2 – 97,3%. Технико-экономический анализ показывает, что технология LTMS-ECR снижает энергопотребление и выбросы CO2 примерно на 20% и почти в десять раз выгоднее по сравнению с традиционными методами. Этот подход представляет собой революционную альтернативу для энергоэффективной, устойчивой и экономически выгодной переработки отработанных литий-ионных аккумуляторов.

Ссылки

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

Что происходит на рынке лития, особенно с LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

За последние четыре месяца цены на многие соли лития, включая такие базовые соли, как карбонат лития и гидроксид лития, заметно выросли, как и на LiPF6 и LiFSI, что обусловлено соотношением спроса и предложения.

Спрос на литиевые соли для хранения энергии на внутреннем рынке быстро растет во второй половине года, что в сочетании с растущим спросом на литиевые батареи со стороны рынка электромобилей в обычно бурно развивающиеся сентябрь и октябрь приводит к значительному увеличению спроса на литий со стороны производителей батарей практически на полную мощность. Удивительно, но спрос со стороны зарубежных рынков также продолжает расти. Высокий рыночный спрос поддерживает рост цен на литиевые соли. Поскольку LiPF6 по-прежнему является основной солью для электролитов на китайском рынке, его цена быстро растет, превысив цену LiFSI в октябре 2025 года. Подобную ситуацию мы наблюдали много раз в истории.

С другой стороны, ценовая конкуренция последних нескольких лет привела к приостановке производства у многих средних и малых производителей солей лития; а некоторые ведущие производители также частично остановили свои производственные мощности, возобновление которых займет два-три месяца. Многие недавно запланированные заводы и мощности работают не так гладко, как ожидалось. После периода избыточных мощностей в течение нескольких лет на рынке временно возник дефицит солей лития.

В связи с постоянным ростом цен на основные соли лития, такие как карбонат лития и гидроксид лития, в течение последних четырех месяцев одновременно увеличилась и стоимость LiPF6 и LiFSI.

До настоящего времени LiPF6 был основной литиевой солью для производства электролитов на внутреннем рынке Китая, что обуславливает более высокий спрос на него по сравнению с другими солями. Будет ли дисбаланс спроса и предложения продолжать расти или приблизится к равновесию в ближайшем будущем? Посмотрим.

Компания Poworks оперативно поставляет высококачественный карбонат лития, аккумуляторный карбонат, технический или высокочистый гидроксид лития, LiPF6 и LiFSI. Свяжитесь с нами!

Представлен недорогой галогенидный материал с высокой плотностью энергии и длительным сроком службы.

2025-09-09 | Jerry Huang

Примечание редактора: В области хранения энергии твердотельные батареи считаются лучшим решением для технологий хранения энергии следующего поколения, однако их разработка долгое время сдерживалась серьезными проблемами в материалах электродов. Традиционные твердотельные батареи (ТТБ) обычно имеют электроды, состоящие из активных материалов, твердых электролитов и проводящих добавок. Однако эти неактивные компоненты (занимающие 40–50% объема электродов) не только снижают плотность энергии, но и вызывают побочные реакции на границе раздела фаз и увеличивают извилистость переноса ионов лития. Хотя конструкции «все в одном» (материалы, обладающие высокой проводимостью и электрохимической активностью) могли бы решить эти проблемы, существующие материалы, такие как оксиды (низкая емкость) и сульфиды (высокая стоимость), с трудом соответствуют требованиям будущих рынков. Галогениды обладают преимуществами в низкой стоимости и высокой ионной проводимости, но страдают от недостаточной электронной проводимости и плотности энергии. Поэтому разработка материалов «все в одном», сочетающих в себе высокие электрохимические характеристики, недорогую масштабируемость и механическую стабильность, стала критически важной задачей.

Вот отличный пример. Команда из Университета Западного Онтарио в Канаде в своей статье в журнале Nature предлагает революционное решение — они разработали первый в мире галогенидный материал Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, обладающий динамической способностью к самовосстановлению и интеграцией «три в одном» (катод/электролит/проводник). Благодаря обратимым окислительно-восстановительным реакциям Fe²⁺/Fe³⁺ и уникальному механизму перехода от хрупкого состояния к пластичному, этот материал сохраняет 90% емкости после 3000 циклов, достигая плотности энергии электрода 529,3 Вт·ч кг⁻¹ (масштабируемой до 725,6 Вт·ч кг⁻¹ при использовании композитных конструкций). Что еще более примечательно, его стоимость составляет всего 26% от стоимости обычных электродов. Синхротронное излучение в сочетании с атомным моделированием впервые выявило механизм самовосстановления, вызванный миграцией железа! Эта работа не только представляет собой ключевой материал для твердотельных батарей, но и демонстрирует парадигматический подход к комплексной конструкции, объединяющей материалы, механику и электрохимию. Благодаря огромным усилиям всех исследователей.

Абстрактный

Для реализации потенциала высокой плотности энергии и экономической целесообразности твердотельных батарей необходимы усовершенствованные конструкции катодов. Интегрированные катоды «все в одном», исключающие неактивные проводящие добавки и гетерогенные интерфейсы, обещают существенное повышение энергии и стабильности, но их разработка затруднена из-за недостаточной проводимости Li+/e− материалов, механической прочности и структурной стабильности. В данной работе мы представляем Li1.3Fe1.2Cl4, экономически эффективный галогенидный материал, который преодолевает эти проблемы. Благодаря обратимой окислительно-восстановительной реакции Fe2+/Fe3+ и быстрому переносу Li+/e− внутри своей структуры, Li1.3Fe1.2Cl4 достигает плотности энергии электрода 529,3 Вт·ч кг−1 относительно Li+/Li. Важно отметить, что Li1.3Fe1.2Cl4 демонстрирует уникальные динамические свойства во время циклирования, включая обратимую локальную миграцию Fe и переход от хрупкого к пластичному состоянию, обеспечивающий самовосстановление. Это обеспечивает исключительную стабильность циклической работы, сохраняя 90% емкости в течение 3000 циклов при скорости 5 С. Интеграция Li1.3Fe1.2Cl4 с никельсодержащим слоистым оксидом дополнительно увеличивает плотность энергии до 725,6 Вт·ч кг−1. Используя преимущества динамических механических и диффузионных свойств универсальных галогенидов, данная работа открывает путь для создания энергоемких и долговечных катодов в твердотельных батареях следующего поколения.

Ссылки

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09153-1

Полимерные литий-ионные батареи выигрывают гонку за лидерство в сегменте твердотельных аккумуляторов?

2025-09-08 | Jerry Huang

Примечание редактора: Для твердотельных литиевых батарей существует четыре типа электролитов: полимерный, оксидный, сульфидный и галогенидный, каждый из которых обладает своими отличительными характеристиками:

Полимерные литиевые электролиты

Использование полимерных материалов в качестве электролитов обеспечивает как гибкость, так и высокую ионную проводимость, что делает их подходящими в качестве переходного решения для полутвердотельных батарей. Они обладают хорошей технологичностью, хотя долговременная стабильность при циклической работе еще нуждается в подтверждении.

Электролиты на основе оксида лития

Эти электролиты, созданные на основе таких материалов, как оксид лития, отличаются более низкой стоимостью и хорошей стабильностью, но обладают относительно низкой ионной проводимостью.

Электролиты на основе сульфида лития

Эти электролиты, основанные на соединениях сульфида лития, обладают высокой проводимостью при комнатной температуре и превосходной совместимостью интерфейсов, что делает их наиболее перспективной с коммерческой точки зрения технологией. Однако сульфидные материалы страдают от низкой химической стабильности и высоких производственных затрат.

Электролиты на основе галогенидов лития

Твердотельные галогенидные электролиты обладают высокой проводимостью и стойкостью к окислению, однако их разработка пока остается на лабораторном уровне, а перспективы коммерциализации неясны.

Общие характеристики

В твердотельных батареях традиционные жидкие электролиты заменены неорганическими порошковыми материалами, что значительно повышает безопасность и плотность энергии. Однако различные технические подходы демонстрируют существенные различия в стоимости и зрелости процесса. Например, хотя сульфидный метод обеспечивает высокую проводимость, он страдает от низкой химической стабильности, в то время как полимерный метод сталкивается с проблемами в отношении срока службы. Некоторые эксперты говорят, что крупномасштабное коммерческое производство твердотельных батарей в конечном итоге будет зависеть от решений полупроводниковой промышленности, включая осаждение тонких пленок, точный контроль на уровне производственной линии и вакуумные системы, а также другие решения, такие как тонкопленочное и микро- и наноструктурирование. Считается, что до завершения этого процесса еще семь-десять лет.

Технология твердотельных батарей в настоящее время переживает критически важный переход от лабораторных прототипов к промышленному внедрению, и в первую очередь ей необходима систематическая перестройка системы оценки. Лабораторный этап в основном фокусируется на показателях электрохимических характеристик (таких как плотность энергии, срок службы и скорость заряда/разряда), в то время как для промышленного применения технологии твердотельных батарей требуется разработка многомерных критериев оценки:

1. Расширенные критерии оценки: Применительно к промышленным приложениям необходимо учитывать системные факторы, включая: масштабируемость и осуществимость (включая совместимость процессов, контроль выхода продукции и т. д.), зрелость цепочки поставок (включая поставки критически важного сырья, поддержку специализированного оборудования и т. д.) и общую стоимость жизненного цикла (включая закупку сырья, производство, переработку и т. д.).

2. Оптимизация затрат на технологии: Индустриализация требует оптимального баланса между техническими данными и затратами, включая динамический баланс между электрохимическими характеристиками и производственными издержками, выбор материалов и устойчивость цепочки поставок, а также баланс между сложностью производственного процесса и масштабируемостью.

3. Систематическая оценка: соответствие ключевым требованиям, включая стабильность массового производства (стандарт контроля качества 6σ), сертификаты безопасности (например, соответствие UL 9540A и другим международным стандартам) и проектную мощность одной производственной линии ≥2 ГВт·ч и т. д.

Профессор Го придерживается иного мнения относительно победы полимерных литиевых электролитов над сульфидными электролитами в гонке твердотельных батарей. Давайте рассмотрим исследования команды Синь Го. Огромная благодарность всем исследователям за их огромные усилия.

Абстрактный

Твердотельные батареи (ТБ) обещают произвести революцию в области хранения энергии, обеспечивая повышенную безопасность, более высокую плотность энергии и увеличенный срок службы по сравнению с традиционными литий-ионными батареями. Среди различных твердых электролитов полимеры выделяются своим уникальным сочетанием технологичности, механической податливости и химической универсальности. В этом обзоре рассматривается, почему полимеры готовы возглавить гонку за создание коммерческих ТБ. Рассматриваются их внутренние преимущества, такие как превосходный межфазный контакт с электродами, регулируемая ионная проводимость и совместимость с масштабируемыми методами производства, а также ключевые технические проблемы, с которыми они сталкиваются, включая ограниченную термическую стабильность, узкие электрохимические окна и межфазную деградацию. В этом исследовании освещаются новые решения из последних исследований, включая молекулярный дизайн полимеров, полимерно-керамические композиты и стратегии полимеризации in situ. В отличие от оксидных и сульфидных систем, которые сталкиваются со значительными барьерами в стоимости, технологичности производства и интеграции, полимерные электролиты предлагают реалистичный и экономически целесообразный путь к крупномасштабному внедрению. Благодаря постоянному совершенствованию материалов и промышленной обработки, полимеры не только конкурентоспособны, но и возглавляют переход к твердотельным батареям следующего поколения.

Ссылки

https://doi.org/10.1002/advs.202510481

Срочная новость: кремниевые аноды, легированные бором, втрое увеличивают срок службы литий-ионных батарей.

2025-06-29 |

Абстрактный

Стабилизация твердого электролитного межфазного слоя (SEI) остается ключевой проблемой для анодов литий-ионных батарей на основе кремния. Легирование кремния вторичными элементами, такими как бор, стало многообещающей стратегией для улучшения срока службы кремниевых анодов, однако лежащий в основе механизм остается неясным. Для восполнения этого пробела в знаниях систематически исследуется влияние концентрации бора на характеристики батареи. Полученные результаты показывают почти монотонное увеличение срока службы при более высоком содержании бора, при этом электроды с высоким содержанием бора значительно превосходят чистый кремний. Кроме того, аноды из сплава кремния и бора демонстрируют почти в три раза больший срок службы, чем чистый кремний. Благодаря детальному механистическому анализу систематически исключаются альтернативные факторы, способствующие улучшению пассивации, и предполагается, что улучшенная пассивация возникает за счет сильного постоянного диполя на поверхности наночастиц. Этот диполь, образованный недокоординированным и высококислотным бором Льюиса, создает статический, ионно-плотный слой, который стабилизирует электрохимический интерфейс, уменьшая паразитное разложение электролита и повышая долговременную стабильность. Эти результаты показывают, что в рамках концепции SEI электрический двойной слой является важным фактором пассивации поверхности. Это открытие открывает малоизученное пространство параметров для оптимизации кремниевых анодов в литий-ионных батареях следующего поколения.

Ссылка

https://doi.org/10.1002/aenm.202501074