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碳酸酯类溶剂对钠离子电池硬碳负极电化学性能的影响机制
陶睿敏, 李添奕, 茹梦令, 陈爽, 崔永莉
高等学校化学学报    2026, 47 (2): 20250294-.   DOI:10.7503/cjcu20250294
摘要   (145 HTML2 PDF(pc) (10842KB)(41)  

针对钠离子电池硬碳(HC)负极, 设计以六氟磷酸钠(NaPF6)为钠盐, 在碳酸乙烯酯(EC)基溶剂中添加碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)作为混合溶剂的电解液, 探究了不同溶剂协同组合对HC负极电化学性能的影响. 采用分子动力学(MD)模拟分析了电解液溶剂化结构和钠离子在电解液中的扩散系数; 通过电导率、 充放电、 循环性能和倍率性能等测试对比分析了HC负极在EC基电解液中的电化学性能, 并通过循环伏安(CV)、 恒电流间歇滴定技术(GITT)及电化学阻抗谱(EIS)分析钠离子存储动力学行为, 并通过扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等对硬碳表面形貌和成分进行分析. 结果表明, DMC和PC协同作用可以显著提高电解液的离子电导率和钠离子扩散速率、 优化溶剂化结构, 减少有机副产物并增加阴离子配位, 促进固体电解质介面(SEI)膜中无机物的生成, 有效降低SEI膜阻抗和电荷传递阻抗, 同时提高钠离子在HC中的扩散系数, 使HC负极在1 mol/L NaPF6-EC/PC/DMC电解液中具有相对优异的倍率性能和充放电循环性能, 在50 mA/g电流密度下初始容量为362.0 mA·h/g, 循环50次后, 容量衰减至353.4 mA·h/g, 容量保持率为97.6%. 因此, EC/PC/DMC混合溶剂是钠离子电池HC负极最具有应用前景的溶剂之一.



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Fig.10 In situ EIS curves(A, C, E) and corresponding magnified views(B, D, F) of HC anode in different electrolytes of EC/PC(A, B), EC/DMC(C, D), EC/PC/DMC(E, F)
C represents the charging process.
正文中引用本图/表的段落
电化学阻抗谱(EIS)是研究电化学界面过程的一种重要方法. 从EIS能够得到关于HC电极界面反应机理信息, 不同电化学过程对应着特定的频率区域. EIS的高频区域主要反映界面过程, 中频区与电荷转移过程相关, 而低频区则是固相扩散过程. 图10为HC在3种电解液中的EIS谱图, 可见, HC电极均出现了相似的阻抗谱特征. 在开路电位为2.0 V时, EIS由半圆和斜线组成, 此电位下半圆可归纳为HC负极和集流体间的接触阻抗以及SEI膜阻抗. 随着电极电位降低, 中频区的斜线逐渐演变出一个半圆, 这与钠离子脱出而产生的电荷传递有关, 而斜线则是与钠离子在HC负极中固态扩散有关的 Warburg阻抗[22]. 随着电极电位的进一步降低, EIS谱没有发生明显变化.
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