近日，东南大学能源与环境学院吴宇平教授“三尺储能”研究团队以《二次钠离子电池电解液添加剂综述》（“Review of Electrolyte Additives for Secondary Sodium Batteries”）为题在国际权威期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子27.8）上发表的文章正式出版。吴宇平教授和贺加瑞教授为本论文的通讯作者，2024级博士宋冰艳为第一作者。
图1. 主要钠离子电池电解液添加剂汇总及相关有用官能团分类
可充电钠电池由于原料丰富、成本低廉，已成为锂电池之后最有望投入大规模实际应用的储能电池类型。然而，作为新兴的宠儿，钠电池的能量密度和循环寿命还有很大的提高空间，除了从电极材料着手以改善钠电池的电化学性能之外，电解液能够实现快速离子传递，并在电极-电解质界面上形成保护膜，从而减少材料降解并延长循环寿命，电解液添加剂更是起到四两拨千斤的作用。如图1所示，如果把钠离子电池比作一朵花，那么正极和负极材料就代表了它生长的土壤。溶剂和电解质盐就像维持其生命力所必需的营养物质，而添加剂的作用堪比蝴蝶的授粉作用，对于保证电池的持续高效运行至关重要。这些添加剂由一系列天然或合成的有机和无机化合物组成，一方面充当“抵抗军”，传输离子、增强固-液界面膜的韧性；一方面充当“增援军”，为电解质提供额外的功能，如提高电解液的耐高压性、倍率性能、安全性能和其他特定功能，钠二次电池的进一步商业发展也对电解液添加剂提出了新的要求和挑战。
本综述深入研究了含有特定原子官能团（F，O，S，Si，B，N，P，Si等等）的添加剂的内在机制，阐明了它们在稳定液态钠电池电解液中的辅助作用。如Na+和含氧官能团之间的相互作用动力学可以减轻Na+-酯类和醚类相互作用，从而促进Na+去溶剂化；适当的NaF成分有利于增强界面膜的机械强度；含有磺酰基的分子易分解产生RSO3-、ROSO2-和 SO32-阴离子，这些阴离子随后与过渡金属离子络合，导致形成不溶性过渡金属硫酸盐或亚硫酸盐，从而减轻过渡金属的溶解等等。此外，本文还根据常用添加剂的功能作用对其进行分类：导电型、界面膜保护型、防过充型、除水型、阻燃型和宽温域型，并提出添加剂设计原则应围绕“安全性和稳定性”以解决与高成本钠盐、不稳定电极界面和单调电解质功能相关的三个挑战，并从添加剂官能团的相容性、对多功能添加剂日益增长的需求以及向环境友好型添加剂的转变三个方面对钠电池电解液有添加剂的选择提出了展望
东南大学“三尺储能”研究团队由国家重点研发计划项目首席吴宇平教授牵头组建，主要研究方向包括锂/钠/钾离子电池、高能量密度锂金属电池和锂硫电池、高安全水系金属离子电池以及高功率密度混合电容器等。团队秉承东南大学“以科学名世、以人才报国”的理念，紧紧围绕高性能电化学储能材料及器件的研究，助力“碳达峰、碳中和”。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202401407
来源：能源与环境学院