隨著全球?qū)稍偕茉春颓鍧嵞茉吹男枨蟛粩嘣黾樱?a href="http://m.189000b.com/news_show-3194.html" target="_blank">鈉離子電池作為一種新型的儲能設(shè)備，具有巨大的市場潛力。然而，目前鈉離子電池的能量密度和循環(huán)性能仍需進一步提高。為了解決這一問題，李先鋒、鄭瓊團隊與唐永福教授聯(lián)手開展研究。
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒、研究員鄭瓊團隊和燕山大學(xué)唐永福教授合作，在鈉離子電池電解液及界面研究方面取得新進展。團隊基于陰陽離子交叉配位的電解液重構(gòu)策略，開發(fā)出高首效和儲鈉容量的鈉離子電池，相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
鈉離子電池中，電解液與正負極兼容性差，易出現(xiàn)副反應(yīng)、電池脹氣嚴重、界面膜不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致全電池首次庫倫效率低、倍率性能和穩(wěn)定性差，嚴重時還會引發(fā)安全問題。因此，開展與正負極適配的電解液界面反應(yīng)機制及界面電化學(xué)行為研究，對于指導(dǎo)開發(fā)高兼容電解液體系設(shè)計、提高鈉離子電池的可靠性非常重要。
其中，電解液在正負極界面發(fā)生不可逆氧化還原副反應(yīng)形成界面層是不可或缺的步驟，但該反應(yīng)也會引起電極體相中有效活性鈉損失，導(dǎo)致電池首次庫倫效率和儲鈉容量偏低，從而降低電池比能量。因此，在保障較高儲鈉動力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性的前提下，合理設(shè)計電解液組分，調(diào)控電解液溶劑化結(jié)構(gòu)和界面吸附反應(yīng)過程，減少電極體相中有效活性鈉損失，對于低成本、高比能鈉離子電池開發(fā)及其實用化意義重大。
本研究中，團隊提出了一種基于軟硬酸堿原理，以此實現(xiàn)陰陽離子交叉配位的電解液重構(gòu)策略，在電解液中引入含兩性陰陽離子的甲基三苯基溴化膦，并利用其與溶質(zhì)六氟磷酸鈉之間的陰陽離子交叉配位，實現(xiàn)了Na+溶劑化結(jié)構(gòu)和界面吸附反應(yīng)過程的同步調(diào)控。基于設(shè)計的上述電解液體系，其組裝的硬碳基扣式鈉離子電池首次庫倫效率由84.8%提高至96.6%，0.1 C下充放電的可逆儲鈉容量由278.7mAh/g提升至322mAh/g，?20°C下1C充放電500次后可逆儲鈉容量仍有234mAh/g，電池能量密度由202.6Wh/kg提升至231.0Wh/kg。
該工作為低成本高比能鈉離子電池開發(fā)提供了新的思路和指導(dǎo)依據(jù)。
這一研究成果將有助于推動鈉離子電池的發(fā)展和應(yīng)用，特別是在大規(guī)模儲能系統(tǒng)、低成本儲能設(shè)備以及輕型電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義。未來研究團隊將繼續(xù)深入研究電解液組分優(yōu)化、電極材料改性等方面的問題，以實現(xiàn)鈉離子電池技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202416939
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