Unveil the origin of voltage oscillation for sodium-ion batteries operating at −40 °C

电解质 离子 振荡(细胞信号) 阴极 电压 相(物质) 碳酸乙烯酯 碳酸丙烯酯 物理 化学物理 材料科学 化学工程 化学 电极 工程类 生物化学 物理化学 有机化学 量子力学
作者
Lan‐Fang Que,Fu‐Da Yu,Jihuai Wu,Zhang Lan,Yutong Feng,Ruizheng Zhao,Zhihao Sun,Zhuo Yang,Hao Luo,Dongliang Chao
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (17): e2311075121-e2311075121 被引量:14
标识
DOI:10.1073/pnas.2311075121
摘要

Voltage oscillation at subzero in sodium-ion batteries (SIBs) has been a common but overlooked scenario, almost yet to be understood. For example, the phenomenon seriously deteriorates the performance of Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 (NVP) cathode in PC (propylene carbonate)/EC (ethylene carbonate)-based electrolyte at −20 °C. Here, the correlation between voltage oscillation, structural evolution, and electrolytes has been revealed based on theoretical calculations, in-/ex-situ techniques, and cross-experiments. It is found that the local phase transition of the Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 (NVP) cathode in PC/EC-based electrolyte at −20 °C should be responsible for the oscillatory phenomenon. Furthermore, the low exchange current density originating from the high desolvation energy barrier in NVP-PC/EC system also aggravates the local phase transformation, resulting in severe voltage oscillation. By introducing the diglyme solvent with lower Na-solvent binding energy, the voltage oscillation of the NVP can be eliminated effectively at subzero. As a result, the high capacity retentions of 98.3% at −20 °C and 75.3% at −40 °C are achieved. The finding provides insight into the abnormal SIBs degradation and brings the voltage oscillation behavior of rechargeable batteries into the limelight.
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