该工作通过在传统的1M NaPF6-(G2)电解液中加入1,3-二氧环丙烷(DOL)助溶剂,重构了电解液的溶剂化结构。DOL分子有助于屏蔽钠离子与阴离子PF₆^-的库仑相互作用和G2分子间的相互作用力,从而显著提高了钠离子的迁移率。同时,DOL还参与了钠离子的溶剂化层,减弱了G2对钠离子的螯合,降低了钠离子解离的能垒。更重要的是,DOL促进了电子云密度在PF6-离子周围的富集,从而促进了其优先分解形成无机富集的SEI。因此，在-55°C的超低温下，库仑效率达到了99.9%以上，并且在-25°C的100次循环中，1 Ah无负极软包电池保持了95%的首周放电容量。文章通讯作者是香港理工大学於晓亮教授、香港城市大学陈国华教授和南方科技大学邓永红教授，一作是Liang Hu。

1、超高的99.9%以上的钠金属循环效率,即使在-55℃的极低温下也能保持稳定；

2、DOL改性电解液具有极高的离子电导率,在-40℃时高达3.62 mS/cm；

3、优异的SEI组成均一性、离子电导率和机械强度；

4、安时级别的钠金属电池在-25℃时循环100周后容量保持率达95%。

图1.a)DOL稀释电解质提高LT Na可逆性的机理示意图。b)-40℃下0.4 M NaPF₆^-G2/DOL中不同电流密度下Na||Al电池的循环稳定性。插图显示了在2 mA cm⁻²下第1次、第50次和第100次电镀/剥离循环时的相应电压曲线。c)0.4 M NaPF₆G2/DOL电解液中LT Na电镀/剥离CE与文献报道电解液中CE的比较。

图2.通过分子动力学模拟得到a)0.4 M NaPF₆-G2和b)0.4 M NaPF₆-G2/DOL电解质的快照。c)室温下两种电解质中Na+的均方位移。0.4 M NaPF₆-G2和0.4 M NaPF₆-G2/DOL电解质的d)粘度和e)离子电导率随温度的变化。f)两种电解质的极化曲线。g)各种电解质和组分的拉曼光谱。h)0.4 M NaPF₆-G2/DOL电解质和不同浓度NaPF6-G2电解质的23Na NMR谱。

图3.a)电解质中溶剂分子、钠盐和溶剂络合物的LUMO。两种电解质在−25°C下形成的SEI的XPS深度分布图:b)和c)F1s光谱;d)和e)Na 1s光谱。f)G2和g)G2/DOL体系中SEI组成/显微结构示意图。

图4.a)G2和b)G2/DOL电解质在−25°C下形成SEI的AFM表面形貌。在−25℃下，c)G2和d)G2/DOL电解质中形成SEI的杨氏模量映射。e)G2和f)G2/DOL电解质在不同温度下的RSEI和Rct值。在g)RT, h)-25°C和i)-40°C条件下，两种电解质中的Tafel图。

图5.a)在0.2C条件下AFSMBs的恒流循环性能随温度的变化。b)在-25°C和-40°C条件下，AFSMBs在1C下的恒流循环性能。c)使用G2/DOL电解质的Ah级无负极软包电池原理图和光学图像。制备软包电池在-25°C下的d)恒流充放电曲线和e)循环性能。

   在本研究中,通过在传统的1M NaPF6在二G2电解液中加入DOL助溶剂的方式,重塑了电解液的溶剂化结构,从而实现了高效可逆的低温钠金属电池性能,为实用化提供了新的见解。DOL分子在溶剂化层中的作用发挥了关键作用:它参与了钠离子的溶剂化,减弱了G2对钠离子的螯合作用,从而降低了钠离子解离的能量障碍。此外,它还促进了电子云周围PF6-离子的富集,诱导了PF6-的优先分解。因此,形成了理想的无机富集SEI,具有组分均一性、高离子电导率和高杨氏模量。因此,在-55℃的极低温度下,实现了99.9%以上的超高库仑效率。安时级无负极钠电池在-25℃下循环100周后,放电容量保持率高达95%。这项研究不仅为低温高效运行的钠金属电池提供了解决方案,而且为未来设计高可逆低温电解液提供了新的见解。

▍文献链接：https://doi.org/10.1002/adma.202312161

文章来源：高低温特种电池

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