调控非环醚电解质溶剂化结构实现耐低温钠金属电池的长循环寿命

《Energy Storage Materials》：Tailoring Solvation Chemistry in Non-Cyclic Ether Electrolytes for Durable Low-Temperature Sodium Metal Batteries

本文提出了一种基于非环醚溶剂（EGDEE/CPME）的阴离子富集弱溶剂化电解质，通过调控溶剂化结构有效解决了传统环醚电解质在低温钠金属电池（SMBs）中的环开环反应和电化学稳定性不足问题。该电解质利用EGDEE的末端乙基促进阴离子富集溶剂化，增强低温性能；CPME优先配位Na+强化Na-F相互作用，降低脱溶剂化能并形成NaF主导的固体电解质界面（SEI）。实验表明，-40°C下Na||Al半电池1000次循环平均库仑效率达99.78%，Na||Na3V2(PO4)3全电池（N/P=1.5）620次循环后容量保持率99.1%，为低温SMBs的电解质设计和界面工程提供了新策略。

　　

亮点

低温下抗冻的单非环醚电解质

在多种钠盐中，NaPF₆展现出卓越的电化学特性，包括超高溶解度和最低副反应活性。其高Na⁺迁移数显著延长桑德时间（τ），有效抑制钠枝晶生长，同时促进钠在负极表面的均匀沉积，从而提升倍率性能。合适溶剂的选择关键性决定了电解质的多个特性：（1）盐溶解能力；（2）离子电导率；（3）低温适应性；（4）电化学稳定性窗口。非环醚溶剂因其分子灵活性、低黏度和高氧化稳定性，成为低温应用的理想候选。

结论

总之，通过采用乙二醇二乙醚（EGDEE）和环丙基甲基醚（CPME）的二元溶剂体系与NaPF₆结合，我们设计了一种增强阴离子配位并确保零下温度稳健功能的溶剂化环境。EGDEE促进溶剂化鞘层内的阴离子富集，削弱离子-偶极相互作用并降低凝固点；而CPME引入空间位阻以破坏溶剂-阳离子相互作用，促进形成阴离子衍生的坚固SEI。该策略实现了-40°C下钠金属电池的长期循环稳定性，为低温电池电解质设计提供了新见解。