Os ânodos de silício prometem aumentar significativamente a densidade de energia das baterias de íon-lítio (LIBs). No entanto, sua aplicação prática é dificultada pelas substanciais mudanças de volume que ocorrem durante os ciclos de carga e descarga. Esse fenômeno pode levar à degradação do eletrodo e à falha prematura da bateria. Crucial para superar esses desafios é a formação de uma camada estável de Interfase de Eletrólito Sólido (SEI), e é aqui que aditivos como o Carbonato de Vinileno (VC) e sequestradores específicos de ácido fluorídrico (HF) desempenham um papel indispensável.

O problema inerente aos ânodos de silício é sua expansão em até 300% após a litiação. Essa dramática mudança de volume exerce um estresse mecânico considerável sobre a camada SEI, fazendo com que ela rache e se delamine. Tais danos expõem superfícies de silício novas ao eletrólito, levando à decomposição contínua do eletrólito, espessamento da SEI e, em última análise, a um declínio acentuado na capacidade e na vida útil da bateria. O Carbonato de Vinileno é reconhecido há muito tempo como um aditivo eficaz para eletrólitos, pois promove a formação de uma camada SEI mais robusta. Esta SEI derivada do VC oferece melhor resiliência mecânica em comparação com as SEIs formadas na sua ausência, ajudando a mitigar alguns dos danos causados pelas flutuações de volume do silício.

No entanto, a luta contra a degradação do ânodo envolve mais do que apenas estabilidade mecânica; a estabilidade química é igualmente vital. Eletrólitos em LIBs, particularmente aqueles que contêm hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) como sal, são propensos à hidrólise, gerando ácido fluorídrico (HF). O HF é uma espécie altamente corrosiva que pode atacar e degradar tanto a SEI no ânodo quanto a Interfase de Eletrólito do Cátodo (CEI) no cátodo. Além disso, o HF pode catalisar a dissolução de metais de transição do material do cátodo, levando à deposição no ânodo e a mais problemas de desempenho. É aqui que o papel de sequestradores dedicados de HF, como o DMVC-OTMS, se torna criticamente importante. Quando usados em conjunto com o Carbonato de Vinileno, esses sequestradores neutralizam efetivamente o HF no eletrólito, impedindo que ele danifique as camadas protetoras de interfase. Esta ação dupla – estabilização da SEI pelo VC e proteção química por sequestradores de HF – cria uma combinação poderosa para aumentar a estabilidade do ânodo de silício.

A sinergia entre VC e sequestradores de HF como o DMVC-OTMS garante que a camada SEI permaneça intacta e funcional durante toda a vida operacional da bateria. Isso não apenas melhora a retenção de capacidade do ânodo de silício, mas também contribui para capacidades de carregamento mais rápido de baterias de íon-lítio, pois uma SEI estável e bem formada facilita o transporte mais suave de íons. Ao gerenciar ativamente as vias de degradação mecânica e química, essa estratégia de aditivos é fundamental para realizar todo o potencial do silício em LIBs de alta energia de próxima geração. O foco na química de aditivos de eletrólitos, particularmente a combinação de formadores de SEI e sequestradores, é uma via chave para alcançar baterias que sejam poderosas e duradouras.