Hybrid Weakly Coordinated Solvents for Fast-Charging and Wide-Temperature Sodium-Ion Full Batteries

化学 溶剂化 电解质 溶剂 离子液体 化学工程 离子键合 离子 适应性 纳米技术 丙酸盐 航程(航空) 溶剂化壳 降级(电信)
作者
Yun Wan,Xiaoyan Shi,Yuerong Li,Zhiming Zhou,Xu Xu,Xinhui Zeng,Xiaosa Zhang,Xunzhu Zhou,Huanhuan Dong,Xingqiao Wu,Shulei Chou,Lin Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c15956
摘要

Abstract The application of sodium-ion batteries (SIBs) in wide-temperature and fast-charging scenarios is severely constrained by the performance limitations of electrolytes. Conventional ester-based electrolytes struggle to simultaneously achieve high ionic conductivity, low desolvation energy, and excellent interfacial stability. Herein, we propose a hybrid solvent system comprising ethyl propionate and ethoxy(pentafluoro)cyclotriphosphazene (PFPN), aiming to synergistically enhance the rate capability and temperature adaptability of SIBs. The relatively weak coordination ability of both solvents effectively promotes anion participation in solvation structure, significantly lowering the Na+ desolvation energy barrier and inducing the formation of stable, inorganic-rich electrode/electrolyte interphases. Meanwhile, the dual-solvent combination increases the diversity of solvation configurations and reduces ion clustering, thereby enhancing ionic conductivity. The intrinsic nonflammability and excellent film-forming ability of PFPN further enhance safety and synergistically strengthen interfacial stability. Therefore, Prussian blue||hard carbon full cells operate stably over a wide temperature range from −50 to 100 °C. Notably, ampere-hour-level pouch cells deliver a capacity retention of 86.3% after 300 cycles at 25 °C and maintain stable operation for over 100 cycles even at −20 and 80 °C. This solvent synergy strategy offers a practical new pathway for the development of electrolytes for SIBs in extreme environments.
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