AFM: 通过阴离子 - 溶剂相互作用提升钠离子电池的低温性能

文章总结

钠离子电池（SIBs）由于钠独特的物理和化学性质，其低温电化学性能优于锂离子电池（LIBs）。然而，钠离子电池在极低温（如零下 40 摄氏度）条件下面临着重大挑战，例如电解质盐析、离子电导率降低以及粘度增加等问题，这些都会影响电池性能。优化电解质配方对于克服这些问题至关重要。本研究引入 1,3 - 二氧戊环（DOL）作为共溶剂，以提高低温条件下的电解质性能。DOL 通过与阴离子形成强相互作用，显著提高了六氟磷酸钠（NaPF6）的溶解度。此外，它还改变了溶剂化结构，增加了阴离子的参与度，并促进了在负极表面形成富含氟化钠（NaF）的固体电解质界面（SEI）。这些性能提升得到了实验数据和计算模拟的支持。添加 DOL 还改善了商用锡微粒（μ-Sn）在低温下的循环稳定性。μ-Sn 在 0.5A/g 的电流密度下循环 1500 次后，在零下 40 摄氏度时可实现 248.3mAh/g 的高可逆容量，明显优于不含 DOL 的电解质。这项工作为设计先进的低温电解质提供了一种新方法，使得钠离子电池在极端环境中能够具备更可靠的性能。

图文简介

a) 静电势（ESP）图，b) 静电势的最小值和最大值，c) 钠（Na）与六氟磷酸根离子（PF₆⁻）的结合能，d) 最低未占据分子轨道（LUMO）与最高占据分子轨道（HOMO）的能隙，以及潜在醚类分子的分子尺寸。

a) 静电势（ESP）图，b) 静电势的最小值和最大值，c) 钠（Na）与六氟磷酸根离子（PF₆⁻）的结合能，d) 最低未占据分子轨道（LUMO）与最高占据分子轨道（HOMO）的能隙，以及潜在醚类分子的分子尺寸。

在不同模拟阶段（初始帧、500 飞秒、1000 飞秒、1500 飞秒和 2000 飞秒）下，a）无 1,3 - 二氧戊环（0DOL）和 b）含 8 份 1,3 - 二氧戊环（8DOL）的去溶剂化轨迹快照。在模拟过程中，c）无 1,3 - 二氧戊环（0DOL）和 d）含 8 份 1,3 - 二氧戊环（8DOL）的键长变化情况展示如下。25 摄氏度时的溶剂化结构在 e）中展示了无 1,3 - 二氧戊环（0DOL）的情况，在 f）中展示了含 8 份 1,3 - 二氧戊环（8DOL）的情况，其相应的径向分布函数分别在（g）和（h）中给出。i）含 8 份 1,3 - 二氧戊环（8DOL）在不同温度下的配位数。j）无 1,3 - 二氧戊环（0DOL）和含 8 份 1,3 - 二氧戊环（8DOL）在不同温度下的熵值。

半电池和全电池在低温下的电化学性能

论文信息

通讯作者：Nana Wang, Jian Yang

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