Reconstructing Solvation Chemistry via Cosolvent Regulation for Interfacial Engineering Toward Stable High‐Voltage O3‐Type Cathodes

阴极 电解质 溶剂化 化学工程 相(物质) 化学 材料科学 无机化学 氧气 碳酸盐 碳酸二甲酯 工作(物理) 强电解质 电极 石墨 电化学
作者
Longchen Li,Junying Weng,Kuiming Liu,Honghe Yu,Tingting Liu,Xiang Jiang,Xiaozhong Wu,Jinglin Mu,Jin Zhou,Pengfei Zhou,Fangyi Cheng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e1924612-e1924612
标识
DOI:10.1002/anie.1924612
摘要

ABSTRACT O3‐type layered oxides have emerged as promising cathode materials for sodium‐ion batteries (SIBs) due to their high reversible capacity. However, their fast‐charging and long‐term cyclability under high‐voltage operation are limited by interfacial and structural degradation, such as electrolyte decomposition, oxygen release, transition‐metal dissolution, and irreversible phase transitions. Herein, a multifunctional co‐solvent of dimethyl difluoromalonate (DMDF) is introduced into carbonate electrolytes to stabilize O3‐type Na 0.85 Mn 0.45 Ni 0.25 Li 0.05 Cu 0.1 Ti 0.15 O 2 (NMNLCTO) cathode within a voltage range of 1.5–4.5 V. In/ex situ characterizations and theoretical calculations reveal that the DMDF facilitates the formation of a robust NaF‐rich cathode‐electrolyte interface, suppresses electrolyte decomposition, and regulates solvation structure for fast Na + transport. The formulated NaClO 4 /carbonate‐DMDF electrolyte endows the NMNLCTO cathode with record‐breaking cycling stability, achieving 80% capacity retention over 600 cycles at 500 mA g − 1 . The assembled hard carbon//NMNLCTO full cells deliver high energy densities of 304.5 and 156.4 Wh kg − 1 (based on the mass of the cathode and anode) at 20 and 800 mA g − 1 , respectively. This work indicates that dimethyl difluoromalonate acts as an efficient co‐solvent to upgrade O3‐type SIB cathodes under high‐voltage operation.
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