【論文鏈接】
https://doi.org/10.1002/adma.202519121
【作者單位】
廣東工業(yè)大學(xué)
【論文摘要】
全固態(tài)鈉電池（ASSSBs）因其高能量密度、安全性和鈉資源豐富而備受關(guān)注。聚環(huán)氧乙烷（PEO）電解質(zhì)在 ASSSBs 中被廣泛研究，但其在室溫及零下溫度下離子電導(dǎo)率低、界面不穩(wěn)定，限制了實(shí)際應(yīng)用。本文提出一種“雙策略”全固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計(jì)（完全無(wú)液態(tài)），以丁二腈為增塑劑，與 PEO 協(xié)同構(gòu)建雙離子傳導(dǎo)通道，室溫離子電導(dǎo)率高達(dá) 2.75 × 10?? S cm?1。同時(shí)，二氟草酸硼酸鈉（NaDFOB）與鈉金屬負(fù)極原位反應(yīng)，協(xié)同人工構(gòu)建的 NaF 界面層，成功形成富含無(wú)機(jī)鹽的穩(wěn)固固體電解質(zhì)界面（SEI），有效抑制聚合物與鈉負(fù)極間的副反應(yīng)。由此，Na@NaF||Na@NaF 對(duì)稱電池在室溫、0.1 mA cm?2 下穩(wěn)定循環(huán)逾 1,500 小時(shí)；Na?V?(PO?)?||Na@NaF 全電池在 2C 倍率下循環(huán) 1,000 次后容量保持率達(dá) 91.2%。尤為突出的是，電池在 ?5 °C 仍可輸出 88.2 mAh g?1 的放電容量，彰顯其低溫適用性。本工作建立了寬溫域高性能 ASSSBs 的“電解質(zhì)–界面”協(xié)同設(shè)計(jì)新范式。
【實(shí)驗(yàn)方法】
電解質(zhì)制備
復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)采用溶液澆鑄法制備。首先，將 0.81 g NaTFSI（99.9%，常德達(dá)道新材料有限公司）與 2 g PEO 粉末（Mv=1,000,000，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）加入 25 mL 乙腈 ACN（99.9%，麥克林試劑有限公司），控制 [EO]:Na? 摩爾比為 17:1。隨后，向溶液中引入丁二腈 SN（99.7%，麥克林試劑有限公司），質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 15–85 wt% 之間可調(diào)。混合物于 30 °C 持續(xù)攪拌至少 24 h，直至形成均一溶液。將該溶液澆鑄在直徑 12 cm 的聚四氟乙烯基材上，先于 55 °C 真空干燥 24 h，再于 65 °C 真空干燥 24 h。所得電解質(zhì)膜厚度約 60 μm，用沖片機(jī)制成直徑 16 mm 圓片，并轉(zhuǎn)移至水氧含量均低于 0.01 ppm 的氬氣手套箱中保存?zhèn)溆谩?/span>
此外，另取 2 g PEO 粉末與 1.3 g SN 加入 25 mL ACN。隨后按不同摩爾比（9:1、8:2、7:3、6:4 或 5:5）加入 NaTFSI 與 NaDFOB（99.5%，北京玻璃光年科技有限公司），仍保持 EO 單體與 Na? 的摩爾比為 17:1，后續(xù)制備步驟同上。
【圖文摘取】
【主要結(jié)論】
本研究通過(guò)電解質(zhì)–界面協(xié)同工程策略，成功開發(fā)出一種高性能、無(wú)液相的 PEO 基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。高含量丁二腈（SN）的引入顯著抑制 PEO 結(jié)晶，促進(jìn)鈉鹽完全解離，并在 SN 與 PEO 之間構(gòu)建雙路徑離子傳輸網(wǎng)絡(luò)，共同加速 Na? 遷移。此外，NaDFOB 與金屬鈉原位反應(yīng)，協(xié)同人工構(gòu)筑的 NaF 界面層，動(dòng)態(tài)修復(fù) SEI 缺陷，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)完整性，同時(shí)有效抑制 SN 與鈉金屬間的副反應(yīng)。得益于上述協(xié)同優(yōu)化，對(duì)稱 Na||Na 電池在 0.1 mA cm?2 下循環(huán)壽命延長(zhǎng)至 1 500 小時(shí)；Na?V?(PO?)? 全電池在 2C 倍率下循環(huán) 1 000 次后容量保持率達(dá) 91.2%。尤為突出的是，即使在 ?5 °C 低溫條件下，體系在 80 次循環(huán)后仍保持 79.8% 的容量，展現(xiàn)出卓越的環(huán)境適應(yīng)性。本工作提出“雙優(yōu)化機(jī)制”——離子雙路徑傳導(dǎo)與界面鈍化協(xié)同，為高能密度全固態(tài)鈉電池的設(shè)計(jì)提供了突破性框架與理論基礎(chǔ)。
