近日，我校吳興隆教授課題組在鈉離子電池高電壓可工作的醚類(lèi)電解液研究方向上取得重要進(jìn)展。該研究對(duì)電解液溶劑化結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了一種高度配位的鈉離子電池醚類(lèi)電解液，實(shí)現(xiàn)了磷酸鹽正極（Na3V2(PO4)2O2F, Advanced Materials 2017, 29, 1701968）在4.5V高電壓內(nèi)的穩(wěn)定性。該電解液體系也表現(xiàn)出優(yōu)異的碳負(fù)極兼容性，與石墨和硬碳負(fù)極匹配組裝的全電池，均表現(xiàn)了優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該成果以“Ether-based electrolyte chemistry towards high-voltage and long-life Na-ion full batteries”（面向高電壓長(zhǎng)壽命鈉離子全電池的醚類(lèi)電解液化學(xué)）為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上?；瘜W(xué)學(xué)院/紫外光發(fā)射材料與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的吳興隆教授為論文的唯一通訊作者，物理學(xué)院博士生梁皓杰為論文第一作者。合作研究者包括來(lái)自我?；瘜W(xué)學(xué)院和物理學(xué)院的多名研究生，以及河南師范大學(xué)和青島科技大學(xué)的青年學(xué)者。
鈉離子電池作為下一代的可充電電池，具有資源豐富、與鋰離子電池工作原理相似的優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。在電池體系中，電解液作為不可或缺的一部分，對(duì)電池性能起著關(guān)鍵的影響作用。根據(jù)溶劑的不同，電解液通常分為酯類(lèi)和醚類(lèi)兩大類(lèi)。在鈉離子電池中，酯類(lèi)電解液得到了不斷的完善和應(yīng)用（比如，使用FEC添加劑等）。相比之下，醚類(lèi)溶劑的易氧化性（醚類(lèi)溶劑HOMO能級(jí)較高），使得醚類(lèi)電解液通常只局限于負(fù)極材料半電池的基礎(chǔ)研究（對(duì)各種負(fù)極材料都具有良好的兼容性，尤其對(duì)于硬碳材料和石墨材料），其應(yīng)用于正極材料方面的研究是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。因此，開(kāi)發(fā)抗氧化能力強(qiáng)的高電壓可工作的醚類(lèi)電解液，是該類(lèi)電解液體系獲得實(shí)用化的關(guān)鍵一步。雖然醚類(lèi)溶劑本質(zhì)上易氧化，如下圖的理論計(jì)算分析可知，其與鈉離子的溶劑化作用（溶劑化能）相比于酯類(lèi)溶劑更強(qiáng)。所以選擇合適的鈉鹽及相應(yīng)的鹽/溶劑配位組成，減少游離溶劑分子的存在，是提高醚基電解液氧化穩(wěn)定性的有效策略（圖1）。
圖1 所開(kāi)發(fā)高電壓醚類(lèi)電解液的表征結(jié)果
通過(guò)DOL添加劑，實(shí)現(xiàn)了理想的鈉鹽與醚類(lèi)溶劑的摩爾比（1:2）。研究表明，配制的醚類(lèi)電解液中，溶劑分子與鈉離子保持著緊密的配位模式（鈉離子與溶劑分子中的氧原子形成六配位結(jié)構(gòu)），極大地抑制了醚類(lèi)溶劑的分解（圖1）。同時(shí)，陰離子分解形成富含無(wú)機(jī)物的CEI膜，也可以同步地提升電解液的氧化穩(wěn)定電壓窗口。分別地與石墨負(fù)極和硬碳負(fù)極匹配，組裝的鈉離子全電池，表現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能，證明了該醚類(lèi)電解液優(yōu)異的適用性，為后續(xù)大量正負(fù)極材料應(yīng)用于鈉電全電池提供了更多樣化的電解液選擇（圖2）。
圖2 所開(kāi)發(fā)高電壓醚類(lèi)電解液用于磷酸鹽基鈉離子電池的測(cè)試結(jié)果
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃（91963118）項(xiàng)目資助。
附：相關(guān)研究文章
