大連化物所設(shè)計開發(fā)出高穩(wěn)定性鈉離子電池用含氟陰離子組分的醚類電解液體系

近日，大連化物所儲能技術(shù)研究部（DNL17）李先鋒研究員、鄭瓊研究員團隊和中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所藺洪振研究員合作，在鈉離子電池電解液研究方面取得新進展。

鈉離子電池具有資源豐富、成本低廉、性價比高等優(yōu)勢，在中低速電動車和大規(guī)模儲能等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。醚類電解液因其低熔點和高電導(dǎo)性等優(yōu)勢成為鈉離子電池相適配的優(yōu)選電解液體系之一。但是，醚類電解液較高的最高占據(jù)分子軌道能級（HOMO）使其固有抗氧化性不足，當電池電壓超過4.0V（vs.Na/Na+）時，會發(fā)生劇烈氧化分解，難以形成穩(wěn)定可靠的電極/電解液界面（CEI），造成嚴重的不可逆容量損失和較差的電化學穩(wěn)定性，因此無法有效應(yīng)用于電壓較高的正極材料體系。同時，醚類電解液的低閃點和易燃性增加了其高溫下的熱失控風險，也限制了其在鈉離子電池中的普適性應(yīng)用。

針對上述問題，研究團隊利用全氟陰離子與正極和溶劑之間的相互作用，設(shè)計并開發(fā)了系列含全氟陰離子添加劑的醚類電解液體系。研究發(fā)現(xiàn)，添加劑和正極間的強親和作用，可發(fā)生優(yōu)先吸附，減少了自由溶劑分子與電極間的接觸；同時，高HOMO能級可作為自犧牲劑優(yōu)先于溶劑氧化，形成富含C-F/NaF的CEI界面，改善了醚類電解液的抗氧化性和界面鈉擴散動力學，實現(xiàn)了醚類電解液耐受電壓由3.6V提高至4.5V（vs.Na/Na⁺），循環(huán)1900次后容量保持率高達91%。此外，團隊還發(fā)現(xiàn)，全氟陰離子添加劑和醚類溶劑之間形成的-C-F··H-C-贗氫鍵，可以顯著改善電解液的熱穩(wěn)定性，在60 °C下穩(wěn)定循環(huán)100次后容量基本無衰減。該新型醚類電解液體系開發(fā)不僅為鈉離子電池界面化學調(diào)控提供了創(chuàng)新的設(shè)計思路，而且對拓寬醚類電解液體系在鈉離子電池中的實際應(yīng)用提供了新思路。

相關(guān)工作以“Interfacial Chemistry of Perfluorinated-Anion Additives Deciphering Ether-based Electrolytes for Sodium-Ion Batteries”為題，發(fā)表在ACS Energy Letters上。該工作的第一作者是DNL17博士研究生侯鑫。上述工作得到了國家重點研發(fā)項目、國家自然科學基金、中國科學院潔凈能源創(chuàng)新研究院—榆林學院聯(lián)合基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的支持。（文/圖 侯鑫）

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https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c02811

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