大連化物所設計開發出高穩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、性價比高等優勢，在中低速電動車和大規模儲能等領域應用前景廣闊。醚類電解液因其低熔點和高電導性等優勢成為鈉離子電池相適配的優選電解液體系之一。但是，醚類電解液較高的最高占據分子軌道能級（HOMO）使其固有抗氧化性不足，當電池電壓超過4.0V（vs.Na/Na+）時，會發生劇烈氧化分解，難以形成穩定可靠的電極/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定性，因此無法有效應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，設計并開發了系列含全氟陰離子添加劑的醚類電解液體系。研究發現，添加劑和正極間的強親和作用，可發生優先吸附，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，實現了醚類電解液耐受電壓由3.6V提高至4.5V（vs.Na/Na⁺），循環1900次后容量保持率高達91%。此外，團隊還發現，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定性，在60 °C下穩定循環100次后容量基本無衰減。該新型醚類電解液體系開發不僅為鈉離子電池界面化學調控提供了創新的設計思路，而且對拓寬醚類電解液體系在鈉離子電池中的實際應用提供了新思路。

相關工作以“Interfacial Chemistry of Perfluorinated-Anion Additives Deciphering Ether-based Electrolytes for Sodium-Ion Batteries”為題，發表在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項目、國家自然科學基金、中國科學院潔凈能源創新研究院—榆林學院聯合基金、大連化物所創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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