Stabilizing cathode-electrolyte interphase by localized high-concentration electrolytes for high-voltage sodium-ion batteries

电解质 材料科学 相间 阴极 碳酸乙烯酯 电化学 阳极 溶解 无机化学 化学工程 电极 物理化学 化学 遗传学 生物 工程类
作者
Qiang Liu,Yi‐Hu Feng,Xu Zhu,Mengting Liu,Lianzheng Yu,Guang‐Xu Wei,Xiulin Fan,Xiao Ji,Pengfei Wang,Hanshen Xin
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:123: 109389-109389 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109389
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) operating under high-voltages suffer from unstable cathode-electrolyte interphase (CEI) formed on the cathode surface, resulting in continuous electrolyte decomposition, surface reconstruction, transition metal dissolution, and eventually capacity decay. Therefore, designing high-voltage electrolyte and constructing the robust CEI are critical for high-energy SIBs. Herein, a localized high-concentration electrolyte (LHCE) is fabricated by dissolving sodium hexafluorophosphate in methyl ethyl carbonate, fluorinated ethylene carbonate and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether, which demonstrates oxidative stability exceeding 6 V relative to Na+/Na. The dense and homogeneous inorganics-rich CEIs are generated by the preferential decomposition of PF6− anions during the electrochemical charge to 4.4 V, which lower interface impedance, facilitate Na+ transportation and suppress subsequent side reactions. Consequently, the cell integrating high-voltage P2-Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O2 cathode and Na anode exhibits a capacity retention of 87.3% after 200 cycles and a high-rate discharge capacity of 84 mA h g−1 at 20 C under a high cut-off voltage of 4.4 V. This work offers a feasible pathway to tailor electrolyte chemistry and interphase properties for practical next generation high-voltage SIBs.
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