复旦大学董晓丽/夏永姚AEM: 腈基电解液：解锁钠离子电池全场景应用的万能钥匙

文章总结

研究背景：钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低、环境友好，在大规模储能等领域极具潜力。然而，现有电解液限制使其难以同时实现高电压、快速充电和全气候适应性。商业碳酸盐、醚类和磷酸盐类电解液各有局限，迫切需要新电解液体系。

实验方法

电解液制备：制备 1M-AN（1M NaFSI 溶于 AN）、1M-AN/OTE（1M NaFSI 溶于 AN 和 OTE 体积比 4:6 的混合溶剂）等电解液，同时准备碳酸盐基 NP186 和醚基 NP035 电解液作对比。

电极制备：分别制备硬碳（HC）、Na3V2 (PO4) 3（NVP）、NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2（NFM）电极，并组装 CR2016 扣式电池、Na-metal-free 三电极电池和 3Ah 软包电池。

实验结果

溶剂筛选：综合考虑粘度、介电常数等因素，AN 因低粘度、高介电常数、优异的 Na⁺传输性能、宽电化学窗口、合适液程和阻燃性，被选为基础溶剂。

电解液性能评估：1M-AN 电解液中，HC 在高倍率下比碳酸盐基电解液表现更好，但循环稳定性欠佳。添加 FEC 或 NaDFOB 作成膜添加剂，虽能抑制电解液分解，但会降低 HC 倍率性能。

溶剂化结构优化：用 OTE 稀释剂制备 1M-AN/OTE 电解液，能调节溶剂化结构，增加 FSI⁻阴离子参与配位，形成富无机成分的 SEI 层。

界面稳定性评估：1M-AN/OTE 电解液抑制了 AN 的还原分解，形成富含 NaF 的 SEI 层，界面稳定性优异，循环过程中界面电阻无明显变化。

优化后电解液性能验证：1M-AN/OTE 电解液显著提升了 HC 电极倍率性能，HC||NVP 和 HC||NFM 全电池在高倍率下循环稳定性出色，且在宽温度范围内性能良好。

实用多功能钠离子电池验证：3Ah HC||NFM 软包电池在 1C 下循环 1000 次，容量保持率达 90.7%，在 - 60℃至 50℃表现可靠。

研究结论：通过自上而下的设计策略，以 AN 为主要溶剂，用 OTE 优化溶剂化结构，制备出适用于实用多功能 SIBs 的电解液。该电解液使 HC 电极在 5C 下比容量达 223mAh g⁻¹ ，相关全电池循环稳定性优异，为 SIBs 先进电解液开发提供了新方向。

图文简介

电解质设计与溶剂筛选

乙腈（AN）基电解质的电化学性能

界面组成与稳定性

硬碳（HC）|| 钠镍铁锰氧（NaNi₁/₃Fe₁/₃Mn₁/₃O₂，NFM）软包电池的性能

论文信息

通讯作者：Xiaoli Dong, Yongyao Xia