近日，大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員、鄭瓊研究員團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)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(jìn)展。
 

　　鈉離子電池具有資源豐富、成本低廉、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，在中低速電動(dòng)車(chē)和大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。醚類(lèi)電解液因其低熔點(diǎn)和高電導(dǎo)性等優(yōu)勢(shì)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(lèi)電解液較高的最高占據(jù)分子軌道能級(jí)(HOMO)使其固有抗氧化性不足，當(dāng)電池電壓超過(guò)4.0V(vs.Na/Na+)時(shí)，會(huì)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(yán)重的不可逆容量損失和較差的電化學(xué)穩(wěn)定性，因此無(wú)法有效應(yīng)用于電壓較高的正極材料體系。同時(shí)，醚類(lèi)電解液的低閃點(diǎn)和易燃性增加了其高溫下的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，也限制了其在鈉離子電池中的普適性應(yīng)用。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)利用全氟陰離子與正極和溶劑之間的相互作用，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了系列含全氟陰離子添加劑的醚類(lèi)電解液體系。研究發(fā)現(xiàn)，添加劑和正極間的強(qiáng)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(shí)，高HOMO能級(jí)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(lèi)電解液的抗氧化性和界面鈉擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了醚類(lèi)電解液耐受電壓由3.6 V提高至4.5 V(vs.Na/Na+)，循環(huán)1900次后容量保持率高達(dá)91%。此外，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，全氟陰離子添加劑和醚類(lèi)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(wú)衰減。該新型醚類(lèi)電解液體系開(kāi)發(fā)不僅為鈉離子電池界面化學(xué)調(diào)控提供了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路，而且對(duì)拓寬醚類(lèi)電解液體系在鈉離子電池中的實(shí)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院潔凈能源創(chuàng)新研究院—榆林學(xué)院聯(lián)合基金、我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。(文/圖 侯鑫)