摘要
最近十年内，锂离子电池有了显著的发展，且广泛应用于电动汽车、电子产品、航空航天等各个领域。然而人们对于锂离子电池的需求量不断增大，锂资源匮乏的问题也日趋严重。钠离子电池由于其与锂离子电池相类似的工作原理以及丰富的地壳储量等优点被人们认为是锂离子电池的替代品之一。同时，为了追求更高的能量密度，人们用钠金属负极代替商业化的硬碳负极。然而，钠金属的强还原性会导致金属负极界面不够稳定，通过电解液体系的优化，改善钠金属负极/电解液界面可以很好地解决这一问题。本文提出了三种优化电解液体系的途径，既能稳定钠金属负极界面，又能提高整体钠金属电池的电化学性能，具体内容如下： 1.使用了三氟化锑(SbF3)作为电解液添加剂，加入到高浓度电解液中。SbF3中的Sb3+可以与钠发生置换反应，同时锑金属可以和钠形成钠锑合金。在钠金属表面生成的合金层具有一定的机械强度可以抑制钠枝晶的生长，同时可以实现钠离子的快速传输。而高浓度电解液可以提高溶剂的分解电压，并且在负极表面形成富氟化钠(NaF)的固体电解质界面膜(SEI)。通过高浓度电解液与三氟化锑添加剂的协同作用，Na||Na3V2(PO4)3(NVP)电池在循环1400圈后容量保持率高达82.6%，电化学性能大幅度提升。 2.使用1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE)作为稀释剂，加入到高浓电解液中，形成局部高浓电解液(LHCE)。它的加入不会改变高浓度电解液原有的溶剂化结构，但会大幅度提高电解液整体的电导率，同时降低电解液的粘度。再配合三氟化锑添加剂的使用，可以进一步提升电池性能。经过优化后，Na||Na对称电池在0.5mA/cm2的电流密度下可以稳定循环超过1200小时。 3.将超低浓度电解液应用于钠金属电池，可以诱导金属负极表面形成以有机物为主导的SEI，该SEI在低温条件下依旧拥有良好的动力学性能。配合三氟甲基磺酸银(STFT)作为表面预处理试剂，在钠金属表面形成钠银合金层，该合金层可以诱导Na+的均匀沉积，减缓钠枝晶的生长。通过低浓度电解液以及添加剂的协同作用，打造宽工作温度，低成本，高性能的钠金属电池。基于此电解液设计，Na||NVP电池在循环1000圈后的容量保持率高达92%，并且在高低温条件下，使用优化后的电解液相比于传统碳酸酯电解液性能更加优异，容量保持率更高。
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