Новое покрытие продлевает срок службы литий-ионных батарей

Ученые из Национального университета Тайваня разработали инновационное защитное покрытие для кремний-графитовых анодов, которое значительно увеличивает срок службы и повышает безопасность высокоэнергетических литий-ионных батарей. Кремний является перспективным материалом для анодов благодаря своей высокой энергоемкости, однако его склонность к значительному расширению и сжатию во время циклов заряда-разряда приводит к образованию трещин, потере внутреннего контакта и быстрому износу. Это существенно ограничивает долговечность и надежность батарей.

Новое покрытие, состоящее из полимера PVDF и микрочастиц оксида магния (MgO), может быть нанесено с использованием стандартных промышленных технологий. Ключевым моментом является своевременное нанесение покрытия — до этапа механического сжатия электрода в процессе производства. Этот подход позволил значительно продлить срок службы батарей. Прошедшие сотни циклов заряда-разряда, покрытые батареи сохранили большую часть своей изначальной емкости и продемонстрировали высокую эффективность, в отличие от необработанных аналогов, которые показали более раннюю деградацию.

Микроскопические исследования выявили механизм действия покрытия: оно эффективно снижает чрезмерное расширение кремниевых электродов, предотвращает образование трещин и сохраняет целостность их структуры, поддерживая при этом хороший электрический контакт. Кроме того, частицы MgO играют важную роль в управлении движением и осаждением лития внутри батареи, снижая риск образования опасных литиевых отложений.

«Эта работа демонстрирует, что простое и экономически эффективное покрытие, нанесенное на правильном этапе производства, способно значительно улучшить срок службы, надежность и безопасность высокоэнергетических литий-ионных батарей. Предложенный метод практичен и совместим с существующими производственными процессами, что делает его перспективным для реального применения», — отметил соавтор исследования, профессор химической инженерии Национального университета Тайваня Наэ-Ли Ву.