Die Suche nach einer höheren Energiedichte in Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) erfordert innovative Ansätze bei der Elektrolytformulierung. Während herkömmliche Elektrolyte die notwendige Ionenleitfähigkeit bieten, erfordert die Erzielung überragender Leistung, insbesondere bei fortschrittlichen Anodenmaterialien wie Silizium, ausgeklügelte Additivstrategien. Dieser Artikel untersucht die synergistischen Effekte, die bei der Kombination von Vinylenkarbonat (VC) mit neuartigen Additiven wie DMVC-OCF3 und DMVC-OTMS beobachtet werden, und hebt deren kollektiven Einfluss auf Batterieleistung, Stabilität und Langlebigkeit hervor.

Siliziumanoden sind mit ihrer außergewöhnlich hohen theoretischen Kapazität dazu prädestiniert, die Energiespeicherung zu revolutionieren. Ihre praktische Implementierung wird jedoch durch eine starke Volumenexpansion während des Zyklisierens behindert, welche die Festelektrolyt-Grenzfläche (Solid Electrolyte Interphase, SEI) degradiert. Vinylenkarbonat ist ein Standardadditiv zur Verbesserung der SEI-Bildung auf Siliziumanoden und bietet einen gewissen Schutz gegen diese Degradation. Um das Potenzial hochenergetischer LIBs wirklich auszuschöpfen, ist jedoch ein umfassenderer Ansatz erforderlich. Hier kommt die synergistische Kombination von VC mit DMVC-OCF3 und DMVC-OTMS ins Spiel.

DMVC-OCF3 trägt zur Bildung einer flexibleren und robusteren SEI-Schicht bei. Seine Struktur ermöglicht eine bessere Anpassung an die Volumenschwankungen der Siliziumanode, verhindert Rissbildung und erhält den elektrischen Kontakt. Gleichzeitig spielt DMVC-OTMS eine entscheidende Rolle als Flusssäure (HF)-Fänger. HF, ein Nebenprodukt der LiPF6-Salzzersetzung, kann die Integrität sowohl der SEI als auch der Kathoden-Elektrolyt-Grenzfläche (Cathode Electrolyte Interphase, CEI) erheblich beeinträchtigen. Durch die effektive Neutralisierung von HF schützt DMVC-OTMS diese vitalen Grenzflächen vor chemischem Angriff und verbessert die Gesamtstabilität sowie die Zyklenlebensdauer der Batterie erheblich.

Der kombinierte Effekt dieser Additive führt zu einer stabileren und schützenderen SEI-Schicht, die nicht nur den mechanischen Belastungen des Silizium-Zyklus standhält, sondern auch einen überlegenen chemischen Schutz bietet. Dies führt zu einer verbesserten Leistungserhöhung bei Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich einer besseren Kapazitätserhaltung über längere Zyklenperioden hinweg. Darüber hinaus hat dieser synergistische Ansatz vielversprechende Ergebnisse bei der Verbesserung der Schnellladefähigkeiten gezeigt. Durch die Optimierung der Ionentransportwege innerhalb des Elektrolyten und an den Elektroden-Elektrolyt-Grenzflächen können Batterien schneller geladen werden, ohne den schnellen Kapazitätsverlust, der typischerweise mit hohen Laderaten verbunden ist.

Die Entwicklung solch fortschrittlicher Elektrolytadditivsysteme ist entscheidend, um den wachsenden Anforderungen an hochleistungsfähige Energiespeicherung gerecht zu werden. Die kombinierten Stärken von Vinylenkarbonat, DMVC-OCF3 und DMVC-OTMS bieten eine überzeugende Lösung für die Entwicklung von LIBs der nächsten Generation, die langlebiger, schneller ladbar und zu höheren Energiedichten fähig sind. Diese integrierte Additivstrategie stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Bewältigung der kritischen Herausforderungen im Zusammenhang mit Siliziumanoden dar und verschiebt die Grenzen der Batterietechnologie.