Small Structures:硫化铜在磷酸三甲酯电解质中的可逆转变应用于制备安全的钠离子电池

可充电钠离子电池(SIB)被认为是低成本和大规模的能源存储系统非常有前途的研究对象。然而,有限的能量密度、可循环性和安全问题仍然是其难以实际应用的局限问题。已有研究对各种类型的材料用于钠的储存,如可用在阴极的层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物和聚阴离子化合物以及可用在阳极的碳、合金型金属和转换型材料。在SIB的高容量阳极材料中,金属硫化物/氧化物因其转化反应机理的高理论容量而引起了人们的关注。其中,过渡金属硫化物(CuxS、Fe7S8、SnS2、MoS2、Ni3S4),铜硫化物(CuxS)由于M—S键较M—O键弱,所以具有更高的离子电导率和更快的反应动力学,因此具有更强的可逆性能更好的储钠能力。同时,电解质对电池的性能和安全性也起着至关重要的作用。电解质的安全性有助于控制金属钠及剧烈的反应能力。相对于室温离子电导率低的离子液体和电极/电解质界面电阻高的固态电解质,三甲基磷酸盐(TMP)具有很低的粘度,高介电常数,较宽的液体温度范围和良好的化学稳定性。且有研究表明氟乙烯碳酸酯(FEC)添加剂可以增强TMP与阳极的电化学兼容性,使SIB可以在安全稳定的环境中具有可逆性能更好的储钠能力。

德国卡尔斯鲁厄理工学院Stefano Passerini教授课题组首次报道了铜硫化物材料在非可燃磷酸盐基电解质中的可逆转化用于安全和高能可充电钠离子电池。研究人员采用Cu1.8S/C复合材料作为负极材料,采用3.3 M双氟磺酰亚胺钠(NaFSI)复合TMP和FEC作为添加剂制备浓缩电解质。这种组合使电极材料稳定循环数百次仍保持高容量(380 mAh/g)。NaFSI和FEC均有助于在阳极表面形成稳定的富氟化钠固体电解质界面相。使用Na3V2(PO4)3/C正极的电池也显示出稳定的循环性能,循环200次仍具有99.3%的库伦效率。这些研究结果为开发更安全的可充电钠离子电池提供了新的解决方案。

论文信息:

Reversible Copper Sulfide Conversion in Nonflammable Trimethyl Phosphate Electrolytes for Safe Sodium-Ion Batteries

Huihua Li, Huang Zhang, Thomas Diemant, R. Jürgen Behm, Dorin Geiger, Ute Kaiser, Alberto Varzi*, Stefano Passerini*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100035

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100035

原创署名:梁远征、刘田宇