钠离子电池硬碳负极的电解液协同调控策略：实现超低温下高稳定性钠存储的溶剂与阴离子效应研究

《Science China-Chemistry》：Insights into targeted effects of salt and solvent on Na+ storage in hard carbon anodes toward ultra-low temperature sodium batteries

硬碳(HC)作为钠离子电池商业化负极面临初始库仑效率低和固体电解质界面(SEI)不稳定的问题。本研究通过设计三种电解液（NaPF6-EC/DMC、NaPF6-G2和NaOTF-G2），揭示了G2溶剂弱Na+结合能力与OTF?阴离子优先分解的协同作用，构建了富无机SEI层，使HC负极在3000次循环后保持~200 mAh g?1容量，并在-40°C下实现81%容量保持率，为低温钠电池电解液设计提供分子级指导。

　　

硬碳（Hard Carbon, HC）作为钠离子电池最具商业化前景的负极材料，仍受限于低初始库仑效率和不稳定的固体电解质界面（Solid Electrolyte Interphase, SEI），影响其长期性能。电解液工程成为调控SEI化学特性的有效策略，可增强界面Na⁺传输和相间稳定性。然而，溶剂与阴离子在定制HC表面SEL过程中的具体作用尚不明确。本研究提出一种“再生”策略，通过系统评估三种电解液：1.0 M NaPF₆溶于EC/DMC、1.0 M NaPF₆溶于二乙二醇二甲醚（NaPF₆-G2）以及1.0 M三氟甲磺酸钠溶于G2（NaOTF-G2），阐明了溶剂与阴离子化学的协同效应。结合实验与理论分析发现，较弱的Na⁺-G2相互作用允许更多阴离子进入初级溶剂化鞘，促进形成富含无机成分的SEI，从而提升离子电导率和氧化还原动力学。此外，OTF^?阴离子的优先分解形成了均匀且坚固的SEI。基于此，使用NaOTF-G2电解液的HC负极在3000次循环中实现了约200 mAh g^?1的可逆比容量。进一步地，采用该优化电解液的Na₃V₂(PO₄)₃||HC软包电池在-40°C低温下仍保持81%的容量 retention。本研究为电解液设计提供了分子层面的见解，并强调了溶剂化结构在实现持久低温钠存储中的关键作用。