Angew. Chem. ：电解质及界面调控实现宽温域钠离子电池

钠离子电池（SIB）在大规模储能技术方面具有广阔的应用前景，然而其在较宽温域范围内的循环寿命和倍率性能等仍不能满足现今大规模储能技术在不同气候条件下的电力供应需求。

特别的，在低温条件下，常规电解液面临较差的离子电导率和较高的脱溶剂化能垒，严重降低了电池的界面反应动力学过程。另外，在高温条件下不稳定的正极电解质界面（CEI）会导致持续的电解液分解、低的库伦效率和快速的容量衰减。

在此，北京大学的庞全全团队通过对电解液的溶剂化结构调控设计了一种具有高离子电导率并可改善相界面组分的宽温域电解液，钠||磷酸钒钠(Na||NVP)电池在−45 °C至60 °C的宽温度范围内展示了优异的倍率性能和循环稳定性。

该策略依赖于在传统碳酸酯电解液中加入低凝固点和低极性的线性羧酸酯溶剂丙酸乙酯（EP），以促进离子在低温条件下的快速传输，并结合硼酸盐和腈类添加剂来调控电极电解液界面相组分。结果表明，EP溶剂的加入可有效降低电解液的黏度，明显提升电解液低温条件下的离子电导率；同时，低极性EP参与的溶剂化过程可有效促进Na⁺的去溶剂化过程；另外，NaDFOB/SN复合添加剂有效提升了电解液的分解电位，抑制了电解液在正极界面的分解。

采用所设计的电解液，Na||NVP电池在-25 °C及2 C的倍率下可提供高达105 mAh g^-1的比容量，循环500次后容量保持率高达95.1%。甚至在-45 °C条件下，电池可提供56 mAh g^-1的比容量。在60 °C 及5 C的倍率下循环3,000次后的容量保持率达到 84.7%，在25 °C及5 C的倍率下循环7,000次后的容量保持率达到85.7%。

电化学阻抗谱表明采用所设计的电解液的电池具有最低的界面阻抗，另外，该电解液中CEI界面含有更多的无机组分，且形态均匀，厚度适中，有效抑制了电解液的持续分解，并改善离子的传输。同时，该电解液在低温条件下也展示了优异的成膜特性，在NVP及钠金属电极表面均能生成富无机组分的电解质界面膜，这是电池保持长循环寿命的关键。

在这项研究中，庞全全团队展示了一种用于长寿命、全天候钠离子电池的新型电解液和相间工程方法。该策略包括加入低凝固点、溶解度适中的线性羧酸酯助溶剂和组合添加剂。低极性羧酸酯参与的溶解促进了离子传输和Na⁺在低温度下的去溶剂化过程。NaDFOB和SN添加剂有助于形成均匀且富含无机物的电解质界面层，并抑制电解液的持续分解，促进Na⁺在相间层中的扩散。这项研究强调了电解液设计在提升SIB极端气候条件下电化学性能的关键作用，这方面的理论基础可用于其他全气候电池技术。

论文信息

Tuning the Electrolyte and Interphasial Chemistry for All-Climate Sodium-ion Batteries

Dr. Mengxue He, Lujun Zhu, Dr. Guo Ye, Dr. Yun An, Xufeng Hong, Dr. Yue Ma, Dr. Zhitong Xiao, Yongfeng Jia, Prof. Quanquan Pang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401051