精确的界面调控技术实现高效率与长寿命的聚合物固态钠金属电池

《Advanced Energy Materials》：Precise Interfacial Regulation Achieving High-Rate and Long-Life Polymer Solid-State Sodium Metal Batteries

基于PVDF-HFP的固态电解质因高介电常数和优异离子电导率备受关注，但钠金属的高反应性导致界面问题。本研究提出界面调控策略，通过FEC与残留DMF按1:1比例优化形成多层梯度SEI（含NaF、Na3N、Na_xS），显著提升钠金属电池性能：15C倍率下容量达93.8mAh/g，1000次循环（1C）容量保持率93.3%，-20℃循环350次后保持率94.7%，并成功构建12V双极体系。该研究为固态电解质界面稳定提供了创新解决方案，并首次阐明精准界面工程对高性能聚合物固态钠金属电池的推动作用。

　　

摘要

基于聚（氟乙烯-共-六氟丙烯）（PVDF-HFP）的聚合物电解质因其高介电常数、优异的离子导电性和出色的机械柔韧性而受到了广泛关注。然而，钠金属的高反应性会导致与电解质膜中各种成分持续发生副反应。在本研究中，提出了一种在钠金属表面进行精确界面调控的策略。当氟乙烯碳酸酯（FEC）与残留的二甲基甲酰胺（DMF）的质量比为1:1时，FEC和DMF在界面处产生了协同效应。这种协同作用促使形成了一个富含NaF、Na₃N和Na_xS的多层梯度结构的固体电解质界面层（SEI）。结果表明，使用Na₃V₂(PO₄)_{3正极材料的固态钠金属电池（SSMBs）在15C电流密度下可达到93.8 mAh g^?1的高放电容量，并且在1C电流密度下经过1000次循环后仍保持93.3%的容量保持率。值得注意的是，该电池在低温下的性能也非常优异，在-20°C下经过350次循环后仍能保持94.7%的容量保持率。此外，还实现了12V的双极配置。这项工作不仅为稳定PVDF-HFP基固体电解质在SSMBs中的应用提供了创新解决方案，还首次揭示了精确界面工程在推动高性能聚合物SSMBs发展中的关键作用。}

利益冲突

作者声明没有利益冲突。