Borated Salt Additives in LiFSI Based Electrolytes and Their Compatibility with Silicon Anodes, Aluminum Current Collectors and NMC Cathodes in Li-ion Batteries

Den dominerende batteriteknologien på markedet i dag er litium ione (Li-ion) batterier. De har lenge dominert batterimarkedet, og spesielt innen forbrukselektronikk er bruken av Li-ion batterier utbredt. Men teknologien er ikke like utbredt innen energilagring og transport, mye på grunn av at Li-ion batterier ikke har høy nok energitetthet, ikke er trygge nok og at kostnadene knyttet til materialer og produksjon er for høye. Verdens energibehov er stadig økende, og for å kunne møte morgendagens energibehov, er det nødvendig å utbedre Li-ione batteri teknologien, slik at de kan lagre større energimengder, men også være trygge og billige å produsere. I dagens Li-ion batterier brukes grafitt, et trygt materiale med lang levetid, som anodemateriale. Til tross for de gode egenskapene, har grafittanoder for lav energitetthet til å møte fremtidens behov for energilagring. Et lovende materiale som kan erstatte bruken av grafitt er silisium. Silisium er billigere og tryggere og har en teoretisk kapasitet som er 10 ganger høyere enn grafitt. Det er likevel noen utfordringer knyttet til bruken av silisium. Den største utfordringen er at silisium gjennomgår store volumendringer under litiering og delitiering, noe som fører til dannelsen av et tykt "solid electrolyte interface" (SEI) lag. Et tykt SEI lag fører til høye irreversible tap av kapasitet fordi mye litium blir konsumert i dannelsen av dette laget. En mulig løsning på denne utfordringen er å teste ulike sammensetninger av elektrolytter, ulike salter og additiver som bidrar til dannelsen av et mer stabilt og fleksibelt SEI lag. Li-saltet lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) har vist seg å fungere godt med silisium anoder og bidra til dannelsen av et mer stabilt SEI lag. LiFSI fungerer derimot ikke så bra med NMC katoder, da saltet korroderer strømsamleren av aluminium som katoden er støpt på. For å virkeliggjøre bruken av elektrolytter basert på LiFSI salt i fullceller med silisium anoder og NMC katoder må man unngå problemet med korrosjon av aluminium. Dette prosjektet forsøker å finne elektrolytter som passiverer aluminium og samtidig er kompatible med både silisium anoder og NMC-442 katoder. I en elektrolytt bestående av 1M LiFSI i etylenkarbonat:propylenkarbonat:dietylkarbonat (EC:PC:DEC) (1:1:3 i wt%) med 5wt% fluoroetylenkarbonat (FEC) og 1wt% vinylkarbonat (VC) ble det tilsatt 0.2M av tre ulike boratsalter, da disse tidligere har vist seg å passivere aluminium. Salt additivene var lithium bis(oxalate