Regulating Flux of Carrier ions Utilizing Porous Materials for Improving Li-ion Batteries

Abstract

Lithium-ion batteries play a pivotal role in various applications, but their performance is hindered by issues such as surface-related degradation, side reactions with electrolytes, and slow Li-ion transfer. To address these challenges, we propose the use of two distinct porous passivation layers tailored for specific components of Li-ion batteries. Firstly, MOF 808 with a chelating agent is introduced to enhance the NCM cathode's performance. The MOF passivated NCM demonstrates remarkable capacity retention (75.2%) over 200 cycles compared to the Bare NCM (50.6%) and exhibits superior rate capability (91.0 mAh g–1 at 5C). Secondly, an amphiphilic block copolymer (ABP) serves as a passivation layer for the Cu current collector in an anode-free battery, showcasing stable cycling for 500 cycles, a stark improvement over the maintenance of only 50 cycles observed in the bare Cu cell. These findings underscore the efficiency of employing porous passivation materials tailored for specific battery components in significantly enhancing the performance and longevity of Li-ion batteries.;리튬이온 전지는 휴대용 기기, 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 그러나 리튬이온 전지의 충분한 장기적인 충방전을 제한하는 주요 요인으로 두 가지 원인이 있습니다. 첫째, 활성 물질 표면과 전해질 간의 부반응이 발생하여 가역적으로 사용 가능한 리튬 이온이 감소합니다. 둘째, 표면에서의 리튬 이온 전송 속도가 느려 활성 입자의 서로 다른 리튬화로 인해 심각한 구조 무질서를 유발합니다. 이러한 문제들은 표면과 관련이 있으므로 다공성 보호층을 이용하여 리튬이온 전지의 가역성을 향상시킬 수 있습니다. 우선, MOF 808에 킬레이팅 에이전트를 도입한 것을 활용하여 NCM 양극의 성능을 향상시키기 위한 보호층을 제안합니다. MOF 보호층이 도입된 NCM은 일반 NCM에 비해 200주기 동안 주목할만한 용량 유지율 (75.2%)를 보여주며 고율인 5C에서 뛰어난 성능 (91.0mAh g-1)을 나타냅니다. 둘째로, 양친매성 블록 공중합체 (ABP)는 무음극 전지의 구리 집전체에 대한 보호층으로 사용되어 보호층이 없는 일반 구리 집전체를 사용했을 때는, 50 주기만에 0mAh g-1 용량에 도달하는데 반해, 500주기 동안 안정적인 주기를 나타냅니다. 이러한 결과는 다공성 보호층을 사용하는 것이 리튬이온 전지의 성능과 수명을 크게 향상시키는 것에 효과적임을 보입니다.