Angew. Chem. ：双功能预钠策略助力超稳定钠离子电池硬碳负极

钠离子电池因钠资源丰富、成本低廉等优势引发了越来越多的关注，尤其在大规模储能领域显示出巨大的应用前景。硬碳由于其成本优势、较高的储钠容量以及较低的储钠电位，被认为是最具应用潜力的钠离子电池负极材料之一。然而，硬碳首次充放电过程中缺陷和含氧官能团的不可逆钠化、固体电解质界面层（SEI）的形成消耗了大量活性钠离子，降低了硬碳负极的首次库伦效率（ICE）和循环稳定性，已成为制约钠离子电池发展的瓶颈之一。预钠化是一种提高钠离子电池负极ICE的有效策略，然而此前报道的微观结构调控和界面改性和电化学预钠化等策略操作繁琐且耗时长，难以抑制电解液在硬碳表面的副分解反应，不利于钠离子电池的长循环稳定性。因此，开发简单高效的预钠化策略，提高硬碳负极的ICE及循环稳定性，是钠离子电池获得实用化的关键一步。

近日，南开大学李福军研究员团队提出了一种基于二苯甲酮钠/乙二醇二甲醚的双功能预钠策略，补充了硬碳缺陷及含氧官能团处不可逆钠损失，同时预先构筑以无机组分为主的SEI界面层，实现了硬碳负极的高首次库伦效率和Na⁺超稳定存储。这种简单、高效的预钠策略有效提升了硬碳负极的界面反应动力学并改善了钠离子电池的循环稳定性。

结合各种表征技术及密度泛函理论分析，二苯甲酮钠/乙二醇二甲醚预钠化溶液中的活性钠离子可以有效补偿硬碳表面羧基和羟基的不可逆钠损失，同时Na⁺因静电作用吸附在硬碳五元/七元碳环缺陷处，与硬碳发生电子转移生成准金属钠，表明预钠化的成功实现。

基于高分辨透射电镜、X射线光电子能谱及高斯计算可知，预钠化硬碳表面自发形成NaF为主的均匀SEI层，这得益于准固态钠高的HOMO能级（-3.48 eV）和Na(G2)⁺低的LUMO能级（-1.00 eV)。这种超薄致密且富含无机组分的SEI层，增强钠离子传输动力学和界面稳定性，有利于实现硬碳负极长循环稳定性。

预钠化硬碳负极在1 M NaPF₆/G2电解液中展示出接近100%的首圈库伦效率和6800圈的超稳定循环（82.4%），同时组装的预钠化硬碳//磷酸钒钠全电池循环700圈之后容量保持率为100%。这一双功能预钠策略将为设计高性能硬碳材料提供了新的研究思路和启发。

论文信息

Dual-Function Presodiation with Sodium Diphenyl Ketone towards Ultra-stable Hard Carbon Anodes for Sodium-Ion Batteries

Hengyi Fang+, Suning Gao+, Meng Ren, Yaohui Huang, Fangyi Cheng, Jun Chen, Fujun Li*

文章第一作者为南开大学的博士生房恒义和博士后高苏宁

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202214717