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醚类电解液推进钠离子电池新发展:特性、惊喜和挑战

   日期:2018-10-12     来源:MaterialsViews    浏览:701    评论:0    
核心提示:钠离子电池近年来研发进展迅速,已被认为是低成本大规模储能系统最具潜力的解决方案之一。参考和借鉴锂离子电池等其它离子电池体
钠离子电池近年来研发进展迅速,已被认为是低成本大规模储能系统最具潜力的解决方案之一。参考和借鉴锂离子电池等其它离子电池体系的研发经验,钠离子电池新型正负极材料的研究进展迅速。然而,作为与电极材料同样重要的电池组成部分,新型电解液的研发并不活跃也不成熟,这直接影响到电极材料电化学性能的有效发挥和电池的稳定、安全运转。酯类和醚类电解液是最常用的两种有机电解液,其中酯类电解液是锂离子电池体系的主要选择,因为其可以有效地在石墨负极表面进行钝化且高电压稳定性(>4 V)远优于醚类电解液。但在钠离子电池体系,酯类电解液中石墨的电化学活性极差,且针对诸如钠金属、碳材料等负极难以有效地构建稳定的电极/电解液界面,亟待改性和优化。由于在醚类电解液中钠离子和醚类溶剂分子可以高度可逆地在石墨中发生共插层反应,且有效地在其它负极材料表面构建稳定的电极/电解液界面,所以受到越来越广泛的关注和研究。但醚类电解液在钠离子电池中的研究还相对初步,仍需要更深入的基础科学认识及更广泛的应用领域拓宽。


天津大学杨全红教授、清华大学吕伟副教授和新南威尔士大学王大伟博士合作梳理了醚类电解液在锂离子电池中的研究历史,系统总结和探讨了醚类电解液在钠离子电池中独特的电化学特性以及实用化潜力,并就未来发展的挑战和机遇进行了评述。醚类电解液在钠离子电池体系中的应用潜力体现在以下几方面:(1)形成稳定的石墨三元插层化合物;(2)优化各类负极材料的固态电解质界面(SEI);(3)降低如硫化物等中间产物的溶解度;(4)减小电化学极化等。因此,在钠金属负极、碳材料负极及其他非碳材料负极,还有硫正极、氧气正极以及部分无机正极等体系均具备显著的应用优势。但是,还有很多科学和技术问题需要突破,包括:醚类溶剂分解形成SEI的机制及表征,进一步提升醚类电解液高电压稳定性(<4 V)以及添加剂的系统研究等。随着基础研究和应用研发深入,醚类电解液必将在钠离子电池基础研究和产业化进程中扮演更为重要的角色!

相关论文发表在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.201801361)。第一作者是清华-伯克利深圳学院博士生张俊。 
 
标签: 醚类电解液

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