加大圣地亚哥分校EnSM: 电解质在稳定长循环寿命可充电钠离子电池硬碳负极中的作用

硬碳（HC）由于碳的广泛存在、比容量大、电化学工作电位低，是一种很有吸引力的栅极级钠离子电池负极材料。然而，需要解决HC的第一循环库仑效率（CE）低和倍率性能差的问题，才能成为NIB的实用长寿命解决方案。

在此，加州大学圣地亚哥分校Ying ShirleyMeng和Minghao Zhang等人探索了常规碳酸盐电解质和醚电解质这两种电解质系统中HC第一次循环CE和倍率性能。电化学测试、气相色谱和异位拉曼光谱用于观察（脱）钠化过程和储存在 HC 本体结构中的钠的可逆性。

低温透射电子显微镜、扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散X射线光谱 (EDS) 和X射线光电子能谱 (XPS) 用于表征三种不同循环速率下碳酸盐和醚基电解质中SEI的形态和组成变化。

图1. 两种电解质中钠离子电池的电化学性能

对这两种电解质中HC的长期电化学研究用于确定 SEI 的形成如何影响负极材料的寿命。这些技术表明，SEI是HC的第一循环CE和倍率能力的主要影响因素，它决定了电荷转移动力学和副反应的程度。

尽管两种电解质都没有显示出储存在硬碳本体结构中的残留钠，但由醚基电解质形成的均匀且共形的SEI能够提高循环效率和倍率性能。这项研究提供了一种通过界面工程使用HC负极实现长寿命栅极级NIB的途径。

图2. 两种电解质中HC上的SEI差异的横截面示意图

Role of electrolyte in stabilizing hard carbon as an anode for rechargeable sodium-ion batteries with long cycle life, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.021