近日，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院王鵬飛教授課題組在高安全鈉金屬電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種雙陰離子配位的具有局部高濃度結(jié)構(gòu)的磷酸酯類電解液，并在正極表面形成了薄而穩(wěn)定的富含磷/硼的梯度CEI。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。
鈉金屬電池由于具有較高的能量密度、豐富的鈉資源儲(chǔ)備與優(yōu)異的成本效益，在移動(dòng)設(shè)備和智能電網(wǎng)等眾多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高比能鈉基電池的可行途徑。然而，在高電壓條件下，正極/電解液界面（CEI）上嚴(yán)重的寄生反應(yīng)與電解液的持續(xù)性分解往往會(huì)導(dǎo)致容量的快速衰減，進(jìn)而導(dǎo)致電池難以穩(wěn)定地工作。同時(shí)，當(dāng)與具有高反應(yīng)活性的鈉金屬搭配時(shí)，傳統(tǒng)電解液中易燃的有機(jī)溶劑使電池在過(guò)熱、過(guò)充電等特殊情況下存在嚴(yán)重的安全隱患。基于上述，開發(fā)具有優(yōu)異阻燃特性，并能形成穩(wěn)定高效的CEI的電解液，是實(shí)現(xiàn)鈉金屬電池大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
該研究中，電化學(xué)測(cè)試、界面表征和理論模擬計(jì)算結(jié)果一致表明，這種含有多種無(wú)機(jī)成分的電極/電解液中間相能夠有效抑制電極界面上持續(xù)發(fā)生的副反應(yīng)，并能通過(guò)多組分的協(xié)同作用增強(qiáng)鈉離子的界面?zhèn)鬏攧?dòng)力學(xué)，在保證優(yōu)異的阻燃特性的前提下能夠有效穩(wěn)定電極。當(dāng)使用該電解液時(shí)，以Na0.95Ni0.4Fe0.15Mn0.3Ti0.15O2為正極的鈉金屬電池在4.2 V電壓下具有高達(dá)167.5 mA h g-1的放電比容量；在1 C的高倍率下循環(huán)800圈后，容量保持率高達(dá)85.2%，具備出色的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性與高安全性。這項(xiàng)工作從溶劑化結(jié)構(gòu)的角度為阻燃電解液的設(shè)計(jì)提供了新見解，有望促進(jìn)高比能、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性的鈉金屬電池的發(fā)展。
團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種雙陰離子配位的具有局部高濃度結(jié)構(gòu)的磷酸酯類電解液，并在正極表面形成了薄而穩(wěn)定的富含磷/硼的梯度CEI。（課題組供圖）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202415644
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