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

电解质 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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