亚磷酸酯诱导阴离子富集溶剂化结构构筑快充型阻燃钠离子电池电解质

针对碳酸酯电解质在钠离子电池(SIBs)中存在的Na+-溶剂强配位导致脱溶剂动力学缓慢和硬碳(HC)负极副反应严重等问题，研究人员创新性地引入三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TFEPi)构建PC/DEC/TFEPi(PDT)电解质体系。该研究通过调控Na+-PF6-配位结构，将脱溶剂能垒从68.1 kJ mol-1降至54.1 kJ mol-1，并形成富含NaF/Na3PO4的固体电解质界面(SEI)，同时实现<1 s g-1的自熄时间，为开发兼具快充性能和安全性的SIBs电解质提供了新思路。

　　

随着碳中和目标的推进，钠离子电池(SIBs)因其资源丰富和成本优势成为储能领域的研究热点。然而，传统碳酸酯电解质存在两大技术瓶颈：强极性的羰基与Na⁺的强烈相互作用导致脱溶剂能垒过高，严重影响快充性能；有机溶剂固有的易燃性则带来严重安全隐患。特别是在硬碳(HC)负极表面，低工作电位(<0.1 V vs. Na/Na⁺)会加剧界面极化，而脆弱的有机主导固体电解质界面(SEI)更会引发持续的电解质分解和钠损失。南开大学的研究团队在《Journal of Energy Chemistry》发表的研究中，通过分子设计成功开发出兼具快充性能和本征阻燃特性的新型电解质体系。

研究采用密度泛函理论(DFT)计算结合拉曼光谱等技术，系统分析了电解质溶剂化结构的演变规律。通过引入含三氟甲基的亚磷酸酯(TFEPi)，构建了PC/DEC/TFEPi(体积比5:4:1)的PDT电解质体系，其中TFEPi的电子 withdrawing效应显著削弱了碳酸酯溶剂的给电子能力。

研究结果显示，在"Na⁺-溶剂相互作用调控"方面，TFEPi的引入使PF₆^-在第一溶剂化鞘层中的占比从31.7%提升至44.9%，Na⁺脱溶剂能降低20.6%。"界面化学与SEI演化"研究表明，这种阴离子主导的溶剂化结构促使电解质在HC表面优先吸附，形成厚度均匀(≈25 nm)的NaF/Na₃PO₄富集SEI，其弹性模量达4.2 GPa。"阻燃机理与热稳定性"部分揭示，TFEPi的亚磷酸酯基可有效淬灭H·/OH·自由基，使PDT的自熄时间<1 s g^-1，热分解起始温度提高至215°C。

电化学性能测试表明，采用PDT电解质的Na//HC半电池在200和500 mA g^-1下分别保持80.6%和61.7%的容量，HC//Na₃V₂(PO₄)₂F₃(NVPF)全电池在1000 mA g^-1下5分钟即可充入80%电量，且在-20至60°C宽温域内保持稳定循环。

该研究通过分子水平调控电解质溶剂化结构，实现了脱溶剂动力学与界面稳定性的协同优化，为高安全、快充型SIBs的开发提供了新范式。特别值得注意的是，这种"弱化溶剂配位-强化阴离子作用"的设计策略，不仅适用于钠电体系，对锂离子电池及其他金属离子电池的电解质设计也具有重要借鉴意义。研究成果同时解决了快充性能与安全性这两个关键难题，推动了SIBs在规模储能领域的实际应用进程。