​孟颖AEM：硬碳的预钠化使高性能全固态钠离子电池成为可能

全固态钠离子电池（AS3iBs）由于其适当的安全性和在广泛的温度范围内的稳定性，在固定式储能系统中备受追捧。硬碳（HC）具有成本低、低氧化还原电位和高容量的优势，是实现实用大规模钠离子电池不可或缺的。然而，利用这种负极材料的电池的能量密度由于其低初始库仑效率（ICE）而受到阻碍。

图1 材料表征

加州大学圣地亚哥分校孟颖等研究了两种策略来改善HC负极的ICE：1）在1000℃下进行额外的热解；2）通过NaBH₄添加剂的热分解进行预处理。实验结果表明，额外的热解增加了石墨化，从而增加了C_sp2：C_sp3的比例，而NaBH₄的热分解在HC表面产生了金属钠以补偿钠的损失。

图2 半电池研究

因此，采用热处理HC的半电池的ICE有所改善，从83%增加到90%，与此同时预钠化使ICE更高，超过99%。电化学表征和X射线光电子能谱（XPS）显示，HC中不可逆的钠离子以Na-O-C的形式存在，这是HC结构中固有的钠储存机制。更重要的是，采用预钠化HC负极和NaCrO₂正极的全固态钠离子电池被组装起来，其ICE可以从75%提高到92%。

图3 全固态钠离子电池性能

High-Performing All-Solid-State Sodium-Ion Batteries Enabled by the Presodiation of Hard Carbon. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300776