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東北師大?JACS：磷/硅協(xié)同界面實現(xiàn)超寬溫（?25 至 75 °C）鈉離子電池的電解質化學

近年來，電極材料實用化研究深入推進，鈉離子電池有望成為繼鋰離子電池之后最有前途的下一代儲能器件。然而，季節(jié)性變化或過度使用引起的工作溫度波動對性能穩(wěn)定性會造成不利影響，特別是在極端溫度(<-20或>50°C)下。為了擴大應用范圍、降低溫度控制系統(tǒng)的成本，迫切需要開發(fā)寬溫電池技術。

在此，東北師范大學吳興隆團隊通過引入磷/硅共驅動的協(xié)同操作機制，使得緊湊型電極/電解質界面具有更好的界面鈉離子傳輸動力學和理想的結構/熱穩(wěn)定性。結果顯示，使用所設計電解質的半電池可在 -25 至 75 ℃ 的溫度范圍內穩(wěn)定運行，即使在 60 ℃ 下循環(huán) 1700 次，容量保持率也超過了 70%。

更重要的是，由 Na₃V₂(PO₄)₂O₂F 正極和硬碳負極組裝而成的全電池也具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在 -25 至 50 ℃ 下的循環(huán)次數(shù)分別超過 500 次和 1000 次，并且在溫度持續(xù)變化的全天候動態(tài)測試中具有極佳的溫度適應性。

圖1. 基于NVPF正極和HC負極的全電池性能測試

總之，該工作通過先進的成膜調制策略，利用添加劑形成的磷/硅中間體來優(yōu)化界面形成。改進后的 CEI/SEI 具有更強的離子傳輸能力和出色的結構/熱穩(wěn)定性，可使 SIB在寬溫度范圍內穩(wěn)定運行。

此外，組裝好的 HC//NVPF 全電池在-25、25 和 50 ℃的長循環(huán)測試（500、800 和 1000 個循環(huán)）中保持了極高的容量保持率（94%、92% 和 93%）。特別地，全天候動態(tài)測試進一步證明了電池系統(tǒng)的可靠性，測試溫度從 50℃ 持續(xù)變化到 -25℃ 可再回到 50℃。因此，該工作提出了一種有效的解決策略，可拓寬傳統(tǒng)碳酸酯基電解質較窄的工作范圍，有利于 SIB 的應用擴展。

圖2. 電極界面結構

Electrolyte Chemistry toward Ultrawide-Temperature (?25 to 75 °C) Sodium-Ion Batteries Achieved by Phosphorus/Silicon-Synergistic Interphase Manipulation,?Journal of the American Chemical Society?2024 DOI: 10.1021/jacs.3c11776

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