王海燕/孙旦Angew：实现超高倍率钠电池的电极-电解液界面化学调制

钠离子电池（SIBs）因其低廉的成本和丰富的天然钠资源而被认为是锂离子电池在储能方面的最有前途的补充。目前迫切需求能够在极端倍率和温度下运行的SIBs，但由于动力学和热力学限制而存在挑战。

为此，中南大学王海燕教授、孙旦副教授等人提出了一种电极-电解液界面化学调制策略以实现超高倍率性能的SIBs。具体而言，作者提出了一种由环醚（四氢呋喃，THF）作为溶剂和NaPF₆作为电解质盐组成的新型弱溶剂化电解液（WSE），以优化负极/电解液的界面性能。

通过对不同电解液（1 M NaPF₆/THF、1 M NaPF₆ /DME、1 M NaPF₆/EC/DEC和1 M NaPF₆/PC）的比较研究，作者证明了电极-电解液界面化学（包括离子去溶剂化和SEI界面相）对超高倍率和低温极端条件下商用硬碳（HC）负极的电化学性能至关重要。NaPF₆/THF电解液同时实现了较低的离子去溶剂化能量和均匀的SEI组成（NaF和有机物），这有利于电解液-电极界面之间的离子扩散和界面稳定性。

图1. 电解质结构的理论和实验分析

得益于较低的Na⁺去溶剂化能和负极/电解液界面的快速传输，HC电极在THF溶剂中表现出最佳的倍率性能，在5 A g^-1（20C, 1C = 250 mA g^-1）下仍保持212 mAh g^-1的高放电容量，远高于DME（193 mAh g^-1）、PC（24 mAh g^-1）和EC/DEC（5 mAh g^-1）。

此外，即使在-20 °C的低温下，HC电极在2 A g^-1下也可以保持175 mAh g^-1的高容量（其室温容量的74%），且在1000次循环后仍保持其初始容量的90%。因此，与酯基电解液相比，商用HC电极在THF基电解液中的电化学性能显著提高。这项工作不仅提出了一种先进的低温电解液，而且为下一代高倍率低温电池的界面调制提供了新的见解。

图2. HC电极在1 M NaPF₆/THF电解液中的低温性能

Electrode-Electrolyte Interfacial Chemistry Modulation for Ultra-High Rate Sodium-Ion Battery, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202200475

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/15/62b762ccb5/

王海燕/孙旦Angew：实现超高倍率钠电池的电极-电解液界面化学调制

相关推荐