Locking-chain electrolyte additive enabling moisture-tolerant electrolytes for sodium-ion batteries

电解质 钠 水分 离子 材料科学 环境科学 化学工程 化学 电极 复合材料 有机化学 工程类 冶金 物理化学
作者
Wenbin Li,Yijie Duan,Shaohua Ge,Wenbo Wu,Keming Song,Jiyu Zhang,Guochuan Tang,Lingfei Zhao,Pengfei Yan,Enhui Wang,Zhiguo Zhang,Yuliang Cao,Yong Yang,Weihua Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 6405-6405 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41467-025-61603-6
摘要

The unstable electrolyte–electrode interface and the trace H2O in commercial organic electrolytes critically limit the cycling life of batteries. Herein, a locking-chain sodium 4,4′-(1,4-phenylenebis(oxy))-bis(butane-1-sulfonate)−15-crown-5 (15PBS) is designed for phase-to-interface electrolyte optimization. In the electrolyte phase, the strong hydrophilic sulfonate groups and 15-crown-5 in 15PBS effectively transform H2O from a reactive aggregated state (strong H-bond) into an inactive state (weak H-bond) through adsorption, effectively suppressing H2O-induced electrolyte decomposition. At the electrolyte–electrode interface, 15PBS preferentially adsorbed onto hard carbon, displacing solvents within the electric double layer to form insoluble phenyl-rich sulfide solid electrolyte interphase with fast Na+ transport. Simultaneously, 15PBS facilitates the formation of stable cathode-electrolyte interphase on Na0.72Ni0.32Mn0.68O2, improving Na+ migration kinetics and cycling reversibility. The hard carbon | |Na0.72Ni0.32Mn0.68O2 full cell with high specific energy of 191.7 Wh kg−1 (based on the total active-material mass) delivers long lifespan of 2000 cycles at 500 mA g−1. Moreover, 15PBS is compatible with ester-based electrolytes in lithium-ion batteries, enabling stable cycling of commercial graphite and Si/C negative electrodes. This work provides an effective approach for durable electrolytes towards safe and high-performance batteries. The unstable electrolyte–electrode interface and trace water in commercial organic electrolytes limit the cycling life of sodium-ion batteries. Here, the authors prepare a locking-chain electrolyte additive to suppress electrolyte degradation by water while promoting an insoluble interphase in hard carbon electrode.
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