Lorsque sa batterie est complètement chargée, un appareil électronique indiquera normalement qu'il est à 100 % de sa capacité. Cependant, cette valeur ne représente que 70 à 90 % de la densité énergétique théorique pouvant être stockée dans les batteries, en raison de la perte permanente d'ions Li qui se produit pendant la charge initiale dans l'étape de stabilisation (formation) de la production de la batterie. En empêchant cette perte initiale d'ions Li, le kilométrage des véhicules électriques (VE) et le temps d'utilisation des smartphones peuvent être considérablement augmentés.

Dans un effort pour surmonter ce problème, une équipe de recherche conjointe au Korea Institute of Science and Technology (KIST), dirigé par le Dr Minah Lee du Center for Energy Storage Research, Dr Jihyun Hong du Centre de recherche sur les matériaux énergétiques, et le Dr Hyangsoo Jeong du Center for Hydrogen-Fuel Cell Research, a développé une solution de prétraitement des électrodes capable de minimiser cette perte initiale d'ions Li dans l'oxyde de graphite-silicium (SiO X , 0,5 ≤ x 1,5) anodes composites. Après avoir été plongé dans la solution, l'anode, qui était composé à 50 % de SiO X , a démontré une perte de Li négligeable, permettant à une cellule entière de présenter une densité d'énergie presque idéale.

Alors que la plupart des batteries Li commerciales ont une anode en graphite, SiO X a suscité une grande attention en tant que matériau de nouvelle génération pour les anodes en raison de sa grande capacité, qui est cinq à dix fois plus grand que le graphite. Encore, SiO X consomme également de manière irréversible trois fois plus de Li actif que le graphite. Par conséquent, une électrode composite, constitué d'un mélange de graphite et de SiO X , est maintenant de plus en plus reconnue comme une alternative aux anodes pratiques de nouvelle génération. Cependant, alors qu'il y avait une augmentation correspondante de la capacité de graphite-SiO X électrodes composites à des rapports plus élevés de SiO X , il y avait aussi une augmentation de la perte de Li initial. Par conséquent, le rapport de SiO X contenu dans un graphite-SiO X l'électrode composite était limitée à 15 %, car augmenter le rapport à 50 % entraînerait une perte initiale de Li de 40 %.

Pour atteindre simultanément une capacité élevée et une efficacité initiale élevée, les scientifiques ont proposé diverses méthodes de prélithiation impliquant le prédopage de Li supplémentaire dans l'anode. L'équipe de recherche du Dr Minah Lee au KIST a développé un processus dans lequel l'électrode est plongée dans une solution unique pour atténuer la consommation de Li par le SiO X électrode. L'équipe a ensuite appliqué ce processus à un graphite-SiO X matériau composite à fort potentiel de commercialisation.

L'équipe de recherche a découvert que les solutions de prétraitement développées précédemment provoqueraient l'insertion involontaire de molécules de solvant avec des ions Li dans le graphite, grâce à la capacité d'intercalation polyvalente du graphite. Cette intercalation de grosses molécules de solvant a entraîné la rupture structurelle du graphite-SiO X électrode composite. Pour éviter la défaillance des électrodes, les chercheurs ont développé une nouvelle solution utilisant un solvant faiblement solvatant pour réduire l'interaction entre le solvant et les ions Li. Cette solution a permis l'insertion sélective d'ions Li dans les matériaux actifs, assurer un approvisionnement stable de Li supplémentaire au graphite-SiO X électrode composite.

La consommation initiale de Li a été complètement évitée après le graphite-SiO X l'électrode a été immergée dans la solution développée par l'équipe de recherche pendant environ 1 minute, même à 50 % de SiO X rapport. Par conséquent, l'électrode a montré un rendement initial élevé de près de 100 %, indiquant une perte de Li négligeable (≤ 1 %) dans la charge initiale. Les électrodes développées grâce à ce processus avaient une capacité 2,6 fois supérieure à celle des anodes en graphite conventionnelles, tout en maintenant également 87,3 % de la capacité initiale après 250 cycles de charge/décharge.

Le Dr Minah Lee de KIST a déclaré :« À la suite de cette étude, on devrait pouvoir augmenter le SiO X teneur en graphite-SiO X anodes composites à plus de 50%, contrairement au ratio de 15 % autorisé par les matériaux conventionnels, permettant de produire des batteries lithium-ion avec une plus grande capacité et d'améliorer le kilométrage des futurs VE. » Dr Jihyun Hong, un co-chercheur au KIST, dit aussi, "La technologie est sûre et adaptée à la production de masse, et est donc susceptible d'être commercialisé.