鈉離子電池復極材料（原位互鎖界面結合高載量正極用於實用型鈉金屬電池）

2023-04-15 07:17:04 1

鈉金屬電池（SMBs）具有優異的快充性能和高能量密度。傳統的有機聚合物以及無機電解質應用在SMBs往往遭受界面不相容的難題，並且難以在寬溫度範圍（0-60 ℃）下工作。

有鑑於此，上海科技大學Chengxin Peng聯合西安交通大學Dezhong Zhou，Wei Tang等人在傳統電解質中加入添加劑開發了具有優異離子傳導性能的凝膠聚合物固態電解質（GPE），搭配高載量正極可以實現無枝晶和高穩定性的準固態鈉金屬電池。

傳統電解質和原位聚合GPE的示意圖

【研究亮點】

1. 作者在傳統液態電解質（LE）中加入三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）交聯劑，通過熱引發組裝的電池原位聚合形成三維網絡結構的GPE，該GPE可以有效浸入電極提供良好的界面接觸，在低溫0 ℃下的離子傳導率高達1.13×10−4 S cm−2；

2. 相比於傳統的LE，採用GPE組裝的Na|GPE|Na電池具有更低的過電位且循環過程中無Na枝晶生成，深層X射線光電子能譜分析表明Na|GPE|Na中形成了含有聚碳酸酯物種和NaF的SEI層，有效抑制了界面副反應；

3. 考慮到GPE具有寬的電壓窗口（4.7 V）和優異的離子傳導率，將其與高壓正極Na2/3Ni1/3Mn1/3Ti1/3O2（NMT）結合組裝成的Na|GPE|NMT全電池具有優異的倍率性能（30.3 mAh g−1，30 C），進一步結合厚電極（NMT含量達13 mg cm−2）組裝的電池在低溫0 ℃下放電容量為71.6 mAh g−1（0.1 C），另外在高溫60 ℃循環1000圈後容量保持率高達80 %，組裝的軟包電池在摺疊條件下仍保持穩定的電壓為LED燈供電。

總之，本工作為從電解質設計的角度改善固態電池性能提供一個思路。

Na|GPE|NMT全電池在寬溫度範圍下工作

Ya-Nan Zhou, Zichun Xiao, Duzhao Han, Lianping Yang, Jiyong Zhang, Wei Tang*, Chengyong Shu, Chengxin Peng*, Dezhong Zhou*, Approaching Practically Accessible and Environmentally Adaptive Sodium Metal Batteries with High Loading Cathodes through In Situ Interlock Interface, Adv. Funct. Mater. 2022, 2111314.