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中国研究人员发现新添加剂 可实现更好的钠离子电池

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时间:1900/1/1 0:00:00

盖世汽车讯钠离子电池的性能提升可能会促进可再生能源在电网中的更广泛应用,降低电动汽车的成本。然而,制造可行的钠离子电池的主要障碍之一是找到稳定的阳极。硬碳是目前钠离子电池常用的阳极,但它有界面不稳定的缺点,即分解的电解液会堆积在其表面,使界面阻抗增大,导致放电容量急剧下降。

据国外媒体报道,中国一组研究人员测试了N-苯基双(三氟甲基磺酰基)亚胺(PTFSI)作为硬碳的成膜添加剂,发现这种材料增强了相间稳定性,在100次循环后,钠离子电池的容量保持率提高了52%。

discovery

图片来源:纳米研究,清华大学出版社

华南师范大学化学学院教授、该研究的合著者邢利丹(音译)表示:“钠离子电池是近几年才重新受到关注的。硬碳是钠电池最广泛使用的负极材料,但其长循环稳定性不足以满足商业和工业应用的要求。目前对电解液与硬碳负极材料匹配的研究相对较少。”

发现在将PTFSI添加到硬碳阳极500次循环后,测试的硬碳/钠半电池的容量保持率从0%增加到68%。

为了构建更高性能的钠离子电池,研究人员尝试添加具有膨胀夹层的多功能氮掺杂硬碳,在另一种情况下,开发了碳化重组木质素作为新的硬碳阳极。目前,研究人员已经使用其他基于碳酸盐的电解质,如氟化碳酸乙烯酯、琥珀酸酐、铷和铯离子来进行钠离子电池的实验。然而,上述方法的性能改善与邢利丹及其同事相差甚远。

邢利丹说:“作为阳极的成膜添加剂,PTFSI的还原活性与其分解产物的性质同等重要。例如,在本工作中,PTSFI的结构与FSTI阴离子的结构相似,还原产物的结构和性质也非常相似。然而,PTFSI是比FSTI阴离子具有更高还原活性的分子。PTFSI能提高硬碳的界面稳定性,而FSTI不能。因此,本研究为硬碳成膜添加剂的设计提供了思路。”

研究小组使用钮扣电池来评估添加PTFSI的钠离子系统的性能。研究人员使用直径为12毫米的薄铜箔制作硬碳阳极,将其涂覆并干燥,然后用玻璃纤维隔板和碳酸基电解质分层制成半电池。含或不含PTFSI成膜添加剂的电池已充放电500次。结果表明,添加1%的PTFSI能显著提高性能。

邢利丹说:“研究表明PTFSI可以显著提高硬碳的长循环性能。所以我们以后会评估它在大容量电池上的表现。如果结果相似,我们认为这种添加剂可能会促进钠离子电池的商业应用。”

discovery1盖世汽车讯钠离子电池的性能提升可能会促进可再生能源在电网中的更广泛使用,降低电动汽车的成本。然而,制造可行的钠离子电池的主要障碍之一是找到稳定的阳极。硬碳是目前钠离子电池常用的阳极,但它有界面不稳定的缺点,即分解的电解液会堆积在其表面,使界面阻抗增大,导致放电容量急剧下降。

据国外媒体报道,中国一组研究人员测试了N-苯基双(三氟甲基磺酰基)亚胺(PTFSI)作为硬碳的成膜添加剂,发现这种材料增强了相间稳定性,在100次循环后,钠离子电池的容量保持率提高了52%。

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图片来源:纳米研究,清华大学出版社

邢利丹,华南师范大学化学学院教授,合著者……一项研究称:“钠离子电池最近几年才重新受到关注。硬碳是钠电池最广泛使用的负极材料,但其长循环稳定性不足以满足商业和工业应用的要求。目前对电解液与硬碳负极材料匹配的研究相对较少。”

发现在将PTFSI添加到硬碳阳极500次循环后,测试的硬碳/钠半电池的容量保持率从0%增加到68%。

为了构建更高性能的钠离子电池,研究人员尝试添加具有膨胀夹层的多功能氮掺杂硬碳,在另一种情况下,开发了碳化重组木质素作为新的硬碳阳极。目前,研究人员已经使用其他基于碳酸盐的电解质,如氟化碳酸乙烯酯、琥珀酸酐、铷和铯离子来进行钠离子电池的实验。然而,上述方法的性能改善与邢利丹及其同事相差甚远。

邢利丹说:“作为阳极的成膜添加剂,PTFSI的还原活性与其分解产物的性质同等重要。例如,在本工作中,PTSFI的结构与FSTI阴离子的结构相似,还原产物的结构和性质也非常相似。然而,PTFSI是比FSTI阴离子具有更高还原活性的分子。PTFSI能提高硬碳的界面稳定性,而FSTI不能。因此,本研究为硬碳成膜添加剂的设计提供了思路。”

研究小组使用钮扣电池来评估添加PTFSI的钠离子系统的性能。研究人员使用直径为12毫米的薄铜箔制作硬碳阳极,将其涂覆并干燥,然后用玻璃纤维隔板和碳酸基电解质分层制成半电池。含或不含PTFSI成膜添加剂的电池已充放电500次。结果表明,添加1%的PTFSI能显著提高性能。

邢利丹说:“研究表明PTFSI可以显著提高硬碳的长循环性能。所以我们以后会评估它在大容量电池上的表现。如果结果相似,我们认为这种添加剂可能会促进钠离子电池的商业应用。”

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