北大庞泉增材制造稳定电极电解质界面实现高压钠离子电池

小夏 健康 更新 2024-02-19

钠离子电池 (SIB) 为下一代电网规模储能带来了巨大的希望。 然而,电解质-电极界面的高不稳定性威胁着高能SiB的长期循环。 特别是,高压下不稳定的阴极电解质界面(CEI)会导致电解液连续分解、过渡金属溶解和体积快速衰减。

这里北京大学庞全泉团队提出了Sib电解质分子设计的平衡原理,即将氧化稳定的丁二腈溶剂与溶解度适中的碳酸盐偶联,形成超薄、均匀、稳健的CEI。 所提出的电解液不仅表现出有限的阴极分解导致薄CEI的形成,而且抑制了CEI组分在高压下的溶解。 因此,驯化的电解质电极界面允许Na3V2O2(PO4)2F(NVOPF)阴极在1°C时为43 V 的高充电电压可在 3000 次循环后提供出色的容量保持 (>90%)。 此外,nvopf||硬碳满电池在 1 C 下可稳定 500 次循环,平均库仑效率高。

图1溶剂化结构表征综上所述,本研究报道了一种用于高压钠离子电池的平衡电解质设计。 具体而言,氧化稳定的丁二腈溶剂与中等溶解度的碳酸盐结合可抑制CEI在高压下的溶解损伤。 设计的DEC-SN-FEC电解液使nvopf||HC全电池具有很高的循环稳定性。 值得注意的是,NVPOF半电池不仅可以在较宽的温度范围内(-25至60)运行,而且在25种条件下循环8个月后仍能保持90%以上的容量,平均CE值超过996%。因此,这种电解液设计突出了在恶劣条件下运行的 SIB 电解液设计的本质。 基于低成本SN和DEC的可扩展性,这项工作为解决业务问题(即制造成本和整体可持续性)提供了机会,并加速了SIB的工业化。

图2电池性能electrolyte engineering with tamed electrode interphases for high-voltage sodium-ion batteries,advanced materials2023 doi: 10.1002/adma.202310051

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