硬碳倍率性能與儲鈉動力學機理分析
鈉離子電池是未來大規模電化學儲能的重要研究方向，因其低成本優勢，有望成為替代鋰電池的重要儲能體系之一。碳酸酯類電解液是鈉離子電池中最有潛力實現規模化生產與應用的電解液之一，但其與鈉離子電池正負極材料匹配時的性能有待提升，制約了電池整體性能的發揮。
近日，清華大學深圳國際研究生院康飛宇教授、翟登云副教授團隊與華中科技大學馮光教授團隊合作，在鈉離子電池電解液設計領域取得新進展。針對碳酸酯電解液在鈉離子電池中界面動力學差的問題，團隊提出通過分子間相互作用對溶劑極性調控的策略。該策略在碳酸酯基電解液中引入高度氟化的共溶劑，通過氫-氟（H-F）相互作用削弱環狀酯的極性，減少環狀酯的配位能力并促使陰離子進入第一溶劑化殼層，從而降低鈉離子（Na+）脫溶劑化能壘，改善了硬碳負極的儲鈉動力學性能。溶劑極性的降低減少了來自路易斯酸催化引起的溶劑持續分解，提高硬碳負極的循環穩定性。
實驗表明，優化后的體系在400次循環后容量保持率高達90.4%。此外，匹配高壓鈉電正極的全電池下實現了穩定循環。該工作為發展高倍率、長壽命的碳酸酯基鈉離子電池電解液提供了全新設計思路。
研究成果以“分子間相互作用誘導的碳酸酯電解液極性調控以實現快速、長循環儲鈉硬碳負極和鈉離子電池”（Intermolecular Interaction-Induced Polarity Modulation of Carbonate Electrolyte for Fast-Kinetics Hard Carbon Anodes in Durable Sodium-Ion Batteries）為題，于4月16日發表于《先進材料》（Advanced Materials）。
清華大學深圳國際研究生院2023級博士生曲昌鎮為論文第一作者，清華大學深圳國際研究生院副教授翟登云和華中科技大學教授馮光為論文通訊作者。論文其他作者還包括深圳國際研究生院教授康飛宇等。研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和深圳市科技計劃項目的資助。
電池網微信
