近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员、郑琼研究员团队在钠离子电池电解液研究方面取得新进展。该团队针对三氟磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₂F₃, NVPF₃)基钠离子电池循环稳定性较差，限制其实用化的难题，首先证实了NVPF₃基钠离子电池在4.2 V（vs. Na/Na⁺）高电位下充放电持续时间较长从而引起的电解液在高电压下发生持续氧化分解，是导致容量衰减的根本原因。为了提高NVPF₃基钠离子电池的高压稳定性，团队设计了一类含双-C≡N极性基团添加剂的二腈类电解液体系，通过实验和理论计算结合揭示了双-C≡N极性基团调控溶剂化结构和正极界面提高钠离子电池稳定性的协同作用机制。基于电解液的NVPF₃基钠离子电池在2-4.3 V (vs. Na/Na⁺)电压范围内循环稳定性获得显著提升，1 C下循环1000圈后容量保持率超过95%，较常规电解液提升了60%以上。上述工作为高比能量高稳定性钠离子电池开发及推进其实用化提供了理论基础和技术支撑。

图1通过在电解液中引入含添加剂的双-C≡N基团实现NVPF₃高压稳定性

该工作利用能源研究技术平台（DNL20）的飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）对空白电解液、含双极性-C≡N基团和单-C≡N基团添加剂电解液构建的系列正极-电解液-界面膜（cathode-electrolyte-interface，CEI）进行二维和三维的二次离子成像分析。TOF-SIMS揭示该目标电解液构建了富含CN^-/NCO^-/Na₃N组分的高稳定性正极-电解液界面，证明了含双-C≡N基团添加剂优先在正极界面上的吸附和分解；而含单个-CN基团添加剂，在参与溶剂化结构之后难以保持在界面上的竞争吸附优势，使其无法构建如双-C≡N基团体系一样稳定且薄的CEI。TOF-SIMS是一种强大的表面分析技术，可以实现对固体材料中元素、离子等从表面-界面-深度的分析鉴定，兼具高质量分辨率和空间分辨率。

图2TOF-SIMS对CEI进行三维可视化分析。(a) C₂HO⁻,(b) C₂H₃O₂⁻,(c) CN⁻,(d) NCO⁻

相关工作以“Electrolyte Design with Dual -C≡N Groups Containing Additives to Enable High-Voltage Na₃V₂(PO₄)₂F₃-based Sodium-ion Batteries”为题，于近日发表于Journal of the American Chemical Society。该工作共同第一作者是DNL17博士研究生江明琴和助理研究员李天宇。上述工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院—榆林学院联合基金、我所创新基金等项目的支持。（文/图 江明琴）

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c00702