A non-aqueous sodium hexafluorophosphate-based electrolyte degradation study: Formation and mitigation of hydrofluoric acid

电解质 化学 氢氟酸 无机化学 降级(电信) 电化学 水溶液 碳酸乙烯酯 有机化学 电极 电信 物理化学 计算机科学
作者
Pete Barnes,Kassiopeia Smith,Riley Parrish,Chris Jones,Paige Skinner,Erik Storch,Quinn White,Changjian Deng,Devan Karsann,Miu Lun Lau,Joseph J. Dumais,Eric J. Dufek,Hui Xiong
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:447: 227363-227363 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.227363
摘要

Fundamental characterization of battery electrolyte is vital for rechargeable batteries. This work reports the chemical stability of sodium hexafluorophosphate (NaPF6)-based non-aqueous electrolytes containing different solvent mixtures (e.g., cyclic and acyclic carbonates) in the presence of water for Na-ion batteries. A degradation study is conducted using NaPF6-based electrolytes, highlighting two electrolyte additives, 2,2,2-trifluoroethoxy-2,2,2-ethoxy phosphazene (FM2) and fluoroethylene carbonate (FEC), on degradation and cell performance of Na-ion batteries. Hydrolysis of NaPF6 in acidic condition is particularly prone to form hydrofluoric acid (HF), and can be observed in electrolytes made with battery grade carbonate solvents (<20 ppm of water). Degradation mechanisms of NaPF6-based electrolytes are studied using liquid nuclear magnetic resonance (NMR). Noticeable degradation takes place in high purity electrolytes with the presence of moisture to form HF and organophosphates in timeframes below the current shelf-life of the Na electrolytes. FEC is not efficient to protect the electrodes from being exposed to HF. On the other hand, FM2 is revealed as a "scavenger" of HF, which helps stabilize the shelf life of electrolytes that might contain or become exposed to water. Our study underscores the importance to understanding the degradation of electrolyte and improving stability toward better shelf life for sodium ion batteries.
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