華科大韓建濤/方淳ACS Nano:NaClO4和NaPF6誰(shuí)更適合鈉離子電池?
NaClO4和NaPF6是商業(yè)鈉離子電池(SIBs)中最普遍采用的電解質(zhì)鹽,它們對(duì)界面化學(xué)具有決定性影響,而界面化學(xué)與電化學(xué)性能密切相關(guān)。然而,由于微觀界面化學(xué)的內(nèi)部機(jī)制復(fù)雜而模糊,目前無(wú)法就最適合高性能SIB電解質(zhì)的鈉鹽達(dá)成共識(shí)。
華中科技大學(xué)韓建濤、方淳等揭示了不同鈉鹽陰離子誘導(dǎo)的溶劑化結(jié)構(gòu)決定了Na+解溶劑化動(dòng)力學(xué)和界面膜演化過(guò)程。具體而言,作者分別將NaClO4和NaPF6鈉鹽溶解在PC/EMC/DMC/FEC溶劑中,對(duì)其作為SIB的電解質(zhì)進(jìn)行了評(píng)估和比較。結(jié)果表明,鈉鹽陰離子參與了溶劑化結(jié)構(gòu),其中PF6-優(yōu)先分解,生成了穩(wěn)定、富含無(wú)機(jī)化合物的正極-電解質(zhì)界面相(CEI),抑制了溶劑分解,確保了界面穩(wěn)定性。 此外,值得注意的是,與Na+和ClO4-之間的相互作用相比,Na+和PF6-之間的相互作用要弱得多,這促進(jìn)了Na+的脫溶劑化,改善了電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。
因此,采用基于NaPF6鈉鹽電解液的Na4Fe3(PO4)2P2O7 (NFPP)/Na電池在4.3 V下循環(huán)800次后顯示出81.2%的高容量保持率,在20 C的高倍率下顯示出70 mAh g-1的高比容量。 該研究結(jié)果表明,NaPF6更適合作為SIB的電解質(zhì)鹽,這不僅是因?yàn)樗c工業(yè)流程兼容,更重要的是,它能形成一種更有利于界面熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的溶劑化結(jié)構(gòu)。
Electrolyte Salts for Sodium-Ion Batteries: NaPF6 or NaClO4? ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c07474