为稳定且安全的钠金属电池定制的溶剂化结构

《Advanced Energy Materials》：Customized Solvation Structure for Stable and Safe Sodium-Metal Batteries

钠离子电池采用阻燃剂TMSPi和NFTOS改性的新型PC基电解质PCTN，通过增强SEI膜和电极-电解液界面稳定性，实现1C下450次循环90.3%容量保持，70℃时100次循环93.2%容量保持，显著优于商用电解质。

　　

摘要

由于钠（Na）的成本低且储量丰富，基于钠的电池领域取得了显著进展，这得益于采用了受锂离子电池启发的电极，并结合了不同的电解质化学成分。然而，这类系统中使用的传统碳酸盐电解质具有易燃性、热不稳定性，并且容易发生严重的界面副反应，从而影响安全性并缩短电池的整体循环寿命。本研究提出了一种阻燃共溶剂策略，将三甲基硅基亚磷酸酯（TMSPi）和九氟己基三甲氧基硅烷（NFTOS）混合到基于碳酸丙烯酯（PC）的商业电解质中，形成了一种新型电解质系统（PCTN），该系统具有定制的溶剂化结构。实验发现，这种PCTN电解质在点燃时能够自熄，同时还能形成稳定的NaSiO_x/NaF固体电解质界面以及以NaPO_xF_y为主的正极电解质界面。因此，使用PCTN的Na|NaNi_0.4Fe_0.2Mn_0.4O₂电池在1 C电流下经过450次循环后仍保持90.3%的初始容量，性能优于商用电解质。即使在70°C的高工作温度下，使用PCTN的电池在100次循环后仍能保持93.2%的容量（而商用电解质仅为79.9%）。总体而言，这项工作展示了一种易于生产且适用于实际应用的电解质设计，能够同步提升电极-电解质界面的稳定性，为下一代高性能钠基电池的开发提供了潜在方案。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。