Trigger Na+-solvent co-intercalation to achieve high-performance sodium-ion batteries at subzero temperature

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作者
Mei‐Yan Sun,Fu‐Da Yu,Yang Xia,Liang Deng,Yunshan Jiang,Lan‐Fang Que,Lei Zhao,Zhenbo Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:430: 132750-132750 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132750
摘要

Due to the sluggish interfacial kinetics, the energy density and cycle life of sodium-ion batteries (SIBs) suffer severely at subzero temperatures. Herein, to accelerate the interfacial charge transfer process and improve the low-temperature SIBs performance, a strategy by triggering Na+-solvent co-intercalation is proposed. Using hydrogen titanate nanowires (HT-NW) as a model, we found that the layer structure regulation with oxygen defects could trigger HT-NW presents a unique Na+-solvent co-intercalation behavior in the ether-based electrolyte at −25 °C according to ex-situ FTIR and XRD. By eliminating the Na+ desolvation process, Na+-solvent co-intercalation could effectively accelerate the Na+ diffusion kinetics and reduce the activation energy to 66.0 meV. Benefit from these ameliorations, the defective HT-NW delivers a high capacity of 238 mAh g−1 at −25 °C, which is equivalent to 89% of that at 25 °C. Besides, the defective HT-NW shows great superiority in cycle stability, maintaining capacity retention of 80.6% after 4200 cycles at 1.0 A g−1 at −25 °C. Moreover, at −25 °C, the defective HT-NW//Na3V2(PO4)3 full cell exhibits high energy density (119.1 Wh kg−1) and outstanding stability (94.5% after 1000 cycles at 1.0C). These findings reveal that the ion–solvent co-intercalation is highly feasible to improve the battery performance at low temperatures by accelerating charge transfer kinetics.
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