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Synergistic Orbital Hybridization and Steric Shielding for Stabilizing High‐Voltage Interfaces in 4.3 V Sodium‐Ion Batteries

位阻效应 阴极 电解质 材料科学 化学物理 轨道能级差 电磁屏蔽 分子轨道 化学工程 范德瓦尔斯力 溶剂 电池(电) 溶解 化学 纳米技术 磷酸盐 带隙 相间 碳纤维 屏蔽效应 无机化学 氧化钒 工作(物理) 溶剂化 光电子学 密度泛函理论 分子
作者
Bin Ye,Lifeng Wang,Jialong Shen,Zhen Li,Xiangning Wang,Shufen Ye,Hai Yang,Yan‐Ru Wang,Zhihao Zhang,Fangxin Ling,Junpeng Sun,Xianhong Rui,Yu Yao,Junmei Zhao,Yan Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (20): e6618249-e6618249 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.6618249
摘要

ABSTRACT High‐voltage polyanionic cathodes, such as Na 3 V 3 (PO 4 ) 2 F 3 (NVPF), are pivotal for high‐energy‐density sodium‐ion batteries but are fundamentally constrained by severe parasitic reactions at the desodiated interface. These reactions driven by unsaturated vanadium sites and solvent enrichment cause rapid capacity fade. Herein, we propose a molecular interfacial engineering strategy using rationally designed organic phosphate additives. These additives stabilize vanadium via π‐d orbital hybridization and regulate the interfacial microenvironment through three‐dimensional steric shielding, passivating reactive species, and suppressing solvent enrichment. Guided by a descriptor‐driven screening process (Mulliken charge, van der Waals volume, O 2p band center, Δ E (O 2p band center‐V 3d band center)), tris(trimethylsilyl) phosphate (TMSP) is identified as the optimal electrolyte modifier. The TMSP‐tailored electrolyte promotes in situ formation of a thin, compact, and inorganic‐rich interphase on both the NVPF cathode and the hard carbon (HC) anode, effectively mitigating vanadium species dissolution and parasitic side reactions. Consequently, the 4.3 V NVPF||HC pouch cell can deliver exceptional cycling stability, retaining 85.24% of its capacity after 1500 cycles (416.7 days) at 0.3 C, and achieve a high energy density of 161 Wh kg − 1 . This work establishes a design principle that couples orbital hybridization with steric shielding to construct ultra‐stable interfaces in high‐voltage battery systems.
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