A Weak-Fluorine-Bond Molecule Stabilizes Hard Carbon Anodes for Practical Sodium-Ion Batteries

电解质 阳极 吸附 化学 分子 锂(药物) 碳纤维 无机化学 材料科学 电极 有机化学 物理化学 内分泌学 复合材料 复合数 医学
作者
Yaqi Liao,Han Liu,Yangqian Zhang,Jiayi Yang,Haijin Ji,Donghai Wang,Lixia Yuan,Yunhui Huang,Yang Ren
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (33): 30466-30475 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c10983
摘要

Solid-electrolyte interphase (SEI) is essential for improving the cycling stability in sodium-ion batteries (SIBs) by preventing direct contact between electrolytes and hard carbon (HC) anodes. Conventional C-F bond molecules like fluoroethylene carbonate (FEC) show poor SEI formation due to early sodium-ion adsorption on HC, delaying additive reduction. Herein, methyl 2, 2-difluoro-2-(fluorosulfonyl) acetate (MDFA), a weak-fluorine-bond molecule, is proposed to facilitate early SEI formation and suppress parasitic reactions. The strong electron-withdrawing O=S=O group destabilizes the S-F bond, enabling preferential reduction of MDFA and formation of inorganic SEI components that enhance ionic conductivity and accelerate interfacial charge transfer. As a result, the HC with MDFA shows over 5000 stable cycles and delivers a high capacity of 252 mAh g-1 at 5 C, outperforming 108 mAh g-1 of that with FEC. A 4.6 Ah pouch cell with MDFA enables 89.3% capacity retention after 1000 cycles. These findings provide valuable insights into fluorine-bond chemistry for the electrolyte additive design in long-life SIBs.
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