随着全球对可再生能源和清洁能源的需求不断增加，钠离子电池作为一种新型的储能设备，具有巨大的市场潜力。然而，目前钠离子电池的能量密度和循环性能仍需进一步提高。为了解决这一问题，李先锋、郑琼团队与唐永福教授联手开展研究。
近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋、研究员郑琼团队和燕山大学唐永福教授合作，在钠离子电池电解液及界面研究方面取得新进展。团队基于阴阳离子交叉配位的电解液重构策略，开发出高首效和储钠容量的钠离子电池，相关成果发表在《德国应用化学》上。
钠离子电池中，电解液与正负极兼容性差，易出现副反应、电池胀气严重、界面膜不稳定等问题，导致全电池首次库伦效率低、倍率性能和稳定性差，严重时还会引发安全问题。因此，开展与正负极适配的电解液界面反应机制及界面电化学行为研究，对于指导开发高兼容电解液体系设计、提高钠离子电池的可靠性非常重要。
其中，电解液在正负极界面发生不可逆氧化还原副反应形成界面层是不可或缺的步骤，但该反应也会引起电极体相中有效活性钠损失，导致电池首次库伦效率和储钠容量偏低，从而降低电池比能量。因此，在保障较高储钠动力学和循环稳定性的前提下，合理设计电解液组分，调控电解液溶剂化结构和界面吸附反应过程，减少电极体相中有效活性钠损失，对于低成本、高比能钠离子电池开发及其实用化意义重大。
本研究中，团队提出了一种基于软硬酸碱原理，以此实现阴阳离子交叉配位的电解液重构策略，在电解液中引入含两性阴阳离子的甲基三苯基溴化膦，并利用其与溶质六氟磷酸钠之间的阴阳离子交叉配位，实现了Na+溶剂化结构和界面吸附反应过程的同步调控。基于设计的上述电解液体系，其组装的硬碳基扣式钠离子电池首次库伦效率由84.8%提高至96.6%，0.1 C下充放电的可逆储钠容量由278.7mAh/g提升至322mAh/g，?20°C下1C充放电500次后可逆储钠容量仍有234mAh/g，电池能量密度由202.6Wh/kg提升至231.0Wh/kg。
该工作为低成本高比能钠离子电池开发提供了新的思路和指导依据。
这一研究成果将有助于推动钠离子电池的发展和应用，特别是在大规模储能系统、低成本储能设备以及轻型电子产品等领域具有重要的现实意义。未来研究团队将继续深入研究电解液组分优化、电极材料改性等方面的问题，以实现钠离子电池技术的持续创新。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202416939
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