Local Thermal Strain Regulated Solid Electrolyte Interphase with Advanced High-Temperature Tolerance

化学 相间 电解质 拉伤 热的 化学工程 复合材料 生物物理学 热膨胀 电极
作者
Gaobo Chang,Hanqing Zhao,Boyan Cui,Hailong Zhang,Shouyao Li,Lipeng Zhang,Zhong Li,Jieshan Qiu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (19): 19872-19882
标识
DOI:10.1021/jacs.6c02582
摘要

The structure instability of solid electrolyte interphase (SEI) on hard carbon (HC) anode, further worsening under high-temperature cycling, severely hinders the application of sodium-ion battery (SIB). Herein, we introduced locally negative thermal strain to catalyze SEI formation and improve its structure durability during high-temperature cycling, through using negative thermal expansion (NTE) oxide ZrW2O8. Both interfacial Na+ transfer and initial Coulombic efficiency (ICE) were enhanced significantly at 0–80 °C. Specifically, NTE ZrW2O8 with the mitigation effect on thermal strain, imparts self-relieving functionality with mechanical elasticity into internal inorganic layer, synergistically improving the temperature tolerance and mechanics stability of the SEI. The optimized HC with 93.3% ICE sustained working over 8000 cycles at 5.0 A g–1, even maintained remarkable capacity retentions of 86.3% at 60 °C (226.7 mA h g–1 at 2.0 A g–1 after 420 cycles) and 63.4% at 80 °C (241.4 mA h g–1 at 1.0 A g–1 after 250 cycles). The capacity retention ratio of full battery at 60 °C was improved from 22.8% to 64.0%. It is believed that this novel thermal strain modulation of SEI will hold great promise for the design of stable SIB under extreme conditions.
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