Novel sulfur-based electrolyte additive for constructing high-quality sulfur-containing electrode-electrolyte interphase films in sodium-ion batteries

电解质 相间 硫黄 电极 无机化学 化学 离子 化学工程 材料科学 有机化学 工程类 遗传学 生物 物理化学
作者
Jianhui Li,Ziqiang Fan,Haiping Ye,Junyang Zheng,Jingwei Qiu,Haoxuan He,Peng Liu,Mingxi He,Haidong Liu,Nguyễn Đức Hòa,Ronghua Zeng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:489: 151188-151188 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151188
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) have been considered as the most promising grid-scale energy storage devices following lithium-ion batteries (LIBs). Similar to LIBs, the electrode–electrolyte interphase significantly impacts the cycling performance of the battery, and the presence of high-quality interphase films can greatly enhance the cycling performance of SIBs. In response to the interphase film challenges for SIBs, the investigation proposes the use of the sulfur-based additive 1,3-propanediol cyclic sulfate (PCS) to construct high-quality interphase films for improving electrochemical performance. Density functional theory (DFT) calculations indicate that PCS can preferentially undergo reduction–oxidation (Redox) reactions in conventional ester-based electrolyte systems, thereby forming sulfur-rich high-quality interphase films. This results in an increase in the capacity retention of NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM)||hard carbon (HC) pouch cells from 33.94 % to 77.56 % after 300 cycles of long-term cycling. Although the addition of PCS slightly reduces the ionic conductivity of the electrolyte (7.70 mS cm−1 vs. 8.09 mS cm−1), it lowers the activation energy (1.09 eV vs. 1.20 eV) and increases the Na+ transfer number (0.721 vs. 0.707) of the electrolyte, thereby improving the rate capability of NFM||HC pouch cells. This study demonstrates the potential application of PCS in SIBs and presents a forward-looking approach for exploring the film formation mechanism of sulfur-based additives.
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