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華科大韓建濤/方淳ACS Nano：NaClO4和NaPF6，誰(shuí)更適合鈉離子電池？

NaClO₄和NaPF₆是商業(yè)鈉離子電池（SIBs）中最普遍采用的電解質(zhì)鹽，它們對(duì)界面化學(xué)具有決定性影響，而界面化學(xué)與電化學(xué)性能密切相關(guān)。然而，由于微觀界面化學(xué)的內(nèi)部機(jī)制復(fù)雜而模糊，目前無法就最適合高性能SIB電解質(zhì)的鈉鹽達(dá)成共識(shí)。

圖1.?不同電解液溶劑化結(jié)構(gòu)的理論分析

華中科技大學(xué)韓建濤、方淳等揭示了不同鈉鹽陰離子誘導(dǎo)的溶劑化結(jié)構(gòu)決定了Na⁺解溶劑化動(dòng)力學(xué)和界面膜演化過程。具體而言，作者分別將NaClO₄和NaPF₆鈉鹽溶解在PC/EMC/DMC/FEC溶劑中，對(duì)其作為SIB的電解質(zhì)進(jìn)行了評(píng)估和比較。結(jié)果表明，鈉鹽陰離子參與了溶劑化結(jié)構(gòu)，其中PF₆-優(yōu)先分解，生成了穩(wěn)定、富含無機(jī)化合物的正極-電解質(zhì)界面相（CEI），抑制了溶劑分解，確保了界面穩(wěn)定性。

此外，值得注意的是，與Na⁺和ClO₄-之間的相互作用相比，Na⁺和PF₆-之間的相互作用要弱得多，這促進(jìn)了Na⁺的脫溶劑化，改善了電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。

圖2.?CEI表征

因此，采用基于NaPF₆鈉鹽電解液的Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇ (NFPP)/Na電池在4.3 V下循環(huán)800次后顯示出81.2%的高容量保持率，在20 C的高倍率下顯示出70 mAh g^-1的高比容量。

該研究結(jié)果表明，NaPF₆更適合作為SIB的電解質(zhì)鹽，這不僅是因?yàn)樗c工業(yè)流程兼容，更重要的是，它能形成一種更有利于界面熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的溶劑化結(jié)構(gòu)。

圖3.?電化學(xué)性能對(duì)比

Electrolyte Salts for Sodium-Ion Batteries: NaPF6 or NaClO4? ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c07474

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