哈工大霍华AFM: 醚基电解液中过渡金属硫化物负极储钠性能提高的原因

尽管醚基电解液被认为是实现钠离子电池（SIBs）过渡金属硫化物（TMS）负极优异电化学性能的重要因素，但关于醚基电解液对TMS负极积极作用的起源仍然难以捉摸。

在此，哈尔滨工业大学霍华副教授等人详细研究了CoS₂微球在EC/DEC碳酸盐电解液和DEGDME醚基电解液中的电化学行为和反应机理。电化学测量表明，CoS₂电极在DEGDME中的储钠能力远优于EC/DEC，这种差异源于钠化/脱钠过程中产生的可溶性多硫化钠。

EC/DEC的低初始库伦效率（ICE）和快速的容量衰减是由EC/DEC与多硫化钠之间的连续不可逆反应引起的，而可溶性多硫化钠不仅在DEGDME中电化学稳定，而且在循环过程中CoS₂块体逐渐发展为稳定的多孔结构，具有以下优点：

i）多孔结构提供了用于Na⁺快速转移的开放通道，大大缩短了转移距离；

ii）丰富的孔隙有利于缓解钠化/脱钠过程中巨大的体积变化引起的应力/应变；

iii）多孔结构暴露了电子和离子难以到达的活性颗粒内部，从而提高了电极材料利用率。

图1. CoS₂在DEGDME中循环过程中的形态变化及示意图

因此，CoS₂微球电极在DEGDME醚基电解液中实现了超高 ICE（96.2%）、出色的循环稳定性（在2 A g^-1下1500次循环后容量保持率为94.8%）及优异的倍率性能，即使在5 A g^-1时，DEGDME中的CoS₂电极仍可提供714 mAh g^-1的高可逆容量（0.1 A g^-1时容量的79.0%）。

此外，CoS₂电极在3.3 mg cm^-2的高活性材料负载下可实现790 mAh g^-1的重量容量，对应于 949 mAh cm^-3的高体积容量，据作者所知，该数值优于先前报道的所有CoS₂负极。这项研究突出了TMS负极长期以来被忽视的固液转换行为，并为揭示TMS负极和电解液之间的相互作用提供了重要的见解。

图2. DEGDME中CoS₂负极的电化学性能

Investigating the Origin of the Enhanced Sodium Storage Capacity of Transition Metal Sulfide Anodes in Ether-Based Electrolytes, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202110017

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哈工大霍华AFM: 醚基电解液中过渡金属硫化物负极储钠性能提高的原因

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