近日，西安交通大學電氣學院王鵬飛教授課題組在高安全鈉金屬電池領域取得重要進展，團隊設計了一種雙陰離子配位的具有局部高濃度結構的磷酸酯類電解液，并在正極表面形成了薄而穩定的富含磷/硼的梯度CEI。相關研究成果發表在《德國應用化學》上。
鈉金屬電池由于具有較高的能量密度、豐富的鈉資源儲備與優異的成本效益，在移動設備和智能電網等眾多領域有廣闊的應用前景，被認為是實現高比能鈉基電池的可行途徑。然而，在高電壓條件下，正極/電解液界面（CEI）上嚴重的寄生反應與電解液的持續性分解往往會導致容量的快速衰減，進而導致電池難以穩定地工作。同時，當與具有高反應活性的鈉金屬搭配時，傳統電解液中易燃的有機溶劑使電池在過熱、過充電等特殊情況下存在嚴重的安全隱患。基于上述，開發具有優異阻燃特性，并能形成穩定高效的CEI的電解液，是實現鈉金屬電池大規模應用的關鍵技術。
該研究中，電化學測試、界面表征和理論模擬計算結果一致表明，這種含有多種無機成分的電極/電解液中間相能夠有效抑制電極界面上持續發生的副反應，并能通過多組分的協同作用增強鈉離子的界面傳輸動力學，在保證優異的阻燃特性的前提下能夠有效穩定電極。當使用該電解液時，以Na0.95Ni0.4Fe0.15Mn0.3Ti0.15O2為正極的鈉金屬電池在4.2 V電壓下具有高達167.5 mA h g-1的放電比容量；在1 C的高倍率下循環800圈后，容量保持率高達85.2%，具備出色的長循環穩定性與高安全性。這項工作從溶劑化結構的角度為阻燃電解液的設計提供了新見解，有望促進高比能、長循環壽命、高安全性的鈉金屬電池的發展。
團隊設計了一種雙陰離子配位的具有局部高濃度結構的磷酸酯類電解液，并在正極表面形成了薄而穩定的富含磷/硼的梯度CEI。（課題組供圖）
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202415644
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