​上硅所AFM：三元低浓度电解质实现高压和长寿命钠离子电池

高压钠离子电池（SIBs）是最有前途的储能技术之一，具有丰富的资源和成本效益。然而，与锂离子电池相比，高压正极的高反应性导致电极/电解质界面劣化进而阻碍了它们的实际应用。

在此，中国科学院上海硅酸盐研究所刘宇、杨程等人在三元低浓度电解质的基础上创新性地提出了一种新型阴/阳离子溶剂化策略以解决电极/电解质界面不稳定问题。与传统的碳酸盐基电解质相比，该电解质中的弱极性氟化共溶剂（乙氧基（五氟）环三磷嗪，PFPN）重塑了分子间相互作用。PFPN不仅能稳定碳酸丙烯酯（PC），减少Na⁺-PC、ClO₄⁻的相互作用，还能削弱阴离子的相互作用，形成稳定的有机/无机复合正极电解质界面（CEI）。

结果显示，低浓度电解质的离子电导率提高到了6.12 mS cm^-1，氧化稳定性扩展到了4.84 V。Na₃V₂(PO₄)₂F₃（NVPF）||Na半电池在4.5 V下循环2000 次后，平均库仑效率达到99.5%，具有优异的循环性能；NVPF||硬碳（HC）全电池具有相对较高的能量密度（≈450 Wh kg^-1），有望在未来与更高电压的正极耦合以实现更高的能量密度。

图1. 电池性能

总之，该工作通过阴离子/阳离子溶剂调节策略成功设计了一种具有宽电化学窗口的新型三元弱溶剂化低浓度电解质。通过在低浓度盐电解质中引入弱溶性PFPN作为共溶剂，实现阴/阳离子溶剂化结构的重构。PFPN出现在Na⁺的第二溶剂化壳层中，为溶剂化的Na⁺迁移提供空间，减少Na⁺与PC和ClO₄⁻的配位数，并将PC与Na⁺分离，加速Na⁺的去溶剂化动力学，增强电解质的抗氧化稳定性。同时，PFPN减弱了ClO₄⁻溶剂络合物之间的相互作用，减少了PC的分解。

结果显示，采用该电解质的NVPF||Na电池具有良好的离子电导率（6.12 mS cm⁻¹）、抗氧化能力（4.84 V）、优异的循环稳定性（2000次循环）和能量密度（≈450 Wh kg⁻¹））。因此，该项研究为开发适用于高压正极的低浓度电解质以实现更高的能量密度提供了可行的策略。

图2. 电极-电解质界面分析

Anion/Cation Solvation Engineering for a Ternary Low‐Concentration Electrolyte toward High‐Voltage and Long‐Life Sodium‐Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202315007