鈉離子電池 (SIB) 為下一代電網規模儲能帶來了巨大的希望。 然而,電解質-電極介面的高不穩定性威脅著高能SiB的長期迴圈。 特別是,高壓下不穩定的陰極電解質介面(CEI)會導致電解液連續分解、過渡金屬溶解和體積快速衰減。
這裡北京大學龐全泉團隊提出了Sib電解質分子設計的平衡原理,即將氧化穩定的丁二腈溶劑與溶解度適中的碳酸鹽偶聯,形成超薄、均勻、穩健的CEI。 所提出的電解液不僅表現出有限的陰極分解導致薄CEI的形成,而且抑制了CEI組分在高壓下的溶解。 因此,馴化的電解質電極介面允許Na3V2O2(PO4)2F(NVOPF)陰極在1°C時為43 V 的高充電電壓可在 3000 次迴圈後提供出色的容量保持 (>90%)。 此外,nvopf||硬碳滿電池在 1 C 下可穩定 500 次迴圈,平均庫侖效率高。
圖1溶劑化結構表徵綜上所述,本研究報道了一種用於高壓鈉離子電池的平衡電解質設計。 具體而言,氧化穩定的丁二腈溶劑與中等溶解度的碳酸鹽結合可抑制CEI在高壓下的溶解損傷。 設計的DEC-SN-FEC電解液使nvopf||HC全電池具有很高的迴圈穩定性。 值得注意的是,NVPOF半電池不僅可以在較寬的溫度範圍內(-25至60)執行,而且在25種條件下迴圈8個月後仍能保持90%以上的容量,平均CE值超過996%。因此,這種電解液設計突出了在惡劣條件下執行的 SIB 電解液設計的本質。 基於低成本SN和DEC的可擴充套件性,這項工作為解決業務問題(即製造成本和整體可持續性)提供了機會,並加速了SIB的工業化。
圖2電池效能electrolyte engineering with tamed electrode interphases for high-voltage sodium-ion batteries,advanced materials2023 doi: 10.1002/adma.202310051