低溶劑化電解液用于高壓鈉離子電池

2024-08-01 16:42:44 sh默尼 323

鈉離子電池的電解液目前主要包括醚類和酯類兩大類。醚類主要是六氟磷酸鈉溶解在二乙二醇二甲醚中，對于鈉金屬有著良好的相容性，但是高壓下容易分解，和高電壓正極匹配存在問題。酯類一般是高氯酸鈉或者六氟磷酸鈉溶解在EC、PC、DMC、DEC和EMC等多種混合溶劑中。這個體系基本是照搬借鑒鋰離子電池的電解液體系，對于鈉離子電池的正負極匹配度并不甚佳。但目前對于鈉離子電池電解液的系統性研究還比較少。

過去的研究表明，在鈉電解質(碳酸丙烯酯中的高氯酸鈉(NaClO4))中發現的可溶性分解產物比鋰和鉀電解質中發現的更多；在碳酸乙烯和碳酸二乙酯混合的六氟磷酸鹽電解質中，Na-SEI在碳質陽極上的溶解速率高于Li-SEI。因此，過去的碳酸酯電解液體系在碳負極上形成的SEI是不穩定的，會持續消耗電解液，導致低的庫倫效率和短的循環壽命。

以NaFSI為溶質，碳酸二甲酯DMC和磷酸三（2，2，2-三氟乙基）酯TFP構建了新的電解液體系。其核心思想就在于降低溶質和溶劑間的溶劑化相互作用來提高電解液穩定性。

溶劑的極性直接關系到其對固體材料(如鹽或SEI層)的溶解能力。理想的溶劑應具有足夠高的極性來溶解鈉鹽，以確保電解質的高離子導電性。然而，溶液的極性也要足夠低，以盡量減少其溶解在陽極表面形成的SEI層的能力。因此，應選擇具有適當的極性的溶劑，并調控離子溶劑化結構，以減少游離溶劑的數量，并調整SEI層的主要成分讓其來自于鹽的分解，降低SEI在電解質中的溶解度。這樣才能實現最好的電池性能。