中科院大連化物所在鈉離子電池電解液研究方面取得新進展。

近日，大連化物所儲能技術研究部李先鋒研究員、鄭瓊研究員團隊和中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所藺洪振研究員團隊合作，在鈉離子電池電解液研究方面取得新進展 。

鈉離子電池因資源豐富、安全性高在新型儲能領域應用前景廣闊。磷酸鹽基鈉離子電池是適用于儲能應用的高穩(wěn)定性、高安全性鈉離子電池優(yōu)選技術。其中，三氟磷酸釩鈉(Na3V2(PO4)2F3,NVPF3)具有高的理論比能量(約507Wh/kg，與磷酸鐵鋰相當)，是實現高比能鈉離子電池的優(yōu)選正極材料之一。但NVPF3基鈉離子電池循環(huán)穩(wěn)定性較差，限制了其實用化。

當前，研究者們對引起NVPF3基鈉離子電池容量衰減的作用機制存在爭議，主要包括晶胞中釩溶出和氟損失，以及電解液在高電壓下的氧化分解等。針對此，本工作中，團隊首先證實了NVPF3基鈉離子電池在4.2V(vs. Na/Na+)高電位下充放電持續(xù)時間較長，引起電解液在高電壓下發(fā)生持續(xù)氧化分解，是導致容量衰減的根本原因。

為了提高NVPF3基鈉離子電池的高壓穩(wěn)定性，團隊設計了一類含雙-C≡N極性基團添加劑的二腈類電解液體系，通過和頻共振光譜、原位電化學表面增強拉曼等表征方法和理論計算相結合。一方面，團隊揭示了添加劑中-C≡N基團與溶劑(-CH2/-CH3)之間形成分子間氫鍵，使得另一個-C≡N基團更易進入溶劑鞘內層，降低溶劑配位數，從而減少了溶劑與正極界面接觸進而發(fā)生氧化分解的作用機制，同時分子間氫鍵會降低電解液LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)能級，從而提高電解液的抗氧化性。

另一方面，團隊揭示了基于-C≡N基團修飾的溶劑化結構中，位于溶劑化鞘外層的-C≡N基團在NVPF3界面上與溶劑發(fā)生競爭性優(yōu)先吸附并自犧牲氧化分解，構建富含CN-/NCO-/Na3N組分的高穩(wěn)定性正極-電解液界面的作用機制。含有單個-C≡N基團的單腈添加劑在參與溶劑化結構之后，難以保持在界面上的競爭吸附優(yōu)勢。基于雙-C≡N基團添加劑對鈉離子溶劑化結構和正極界面的協同調控與優(yōu)化，NVPF3基鈉離子電池在2至4.3V(vs. Na/Na+)電壓范圍內循環(huán)穩(wěn)定性獲得顯著提升，1C下循環(huán)1000圈后容量保持率超過95%，較常規(guī)電解液提升了60%以上。上述工作為高比能量高穩(wěn)定鈉離子電池開發(fā)及推進其實用化提供了理論基礎和技術支撐。