Comparative study of 1,3-propane sultone, prop-1-ene-1,3-sultone and ethylene sulfate as film-forming additives for sodium ion batteries

电解质 X射线光电子能谱 化学 丙烷 乙烯 电极 分解 碳酸乙烯酯 离子 电化学 无机化学 化学工程 材料科学 有机化学 物理化学 催化作用 工程类
作者
Qimeng Zhang,Zhixing Wang,Xinhai Li,Huajun Guo,Wenjie Peng,Jiexi Wang,Guochun Yan
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:541: 231726-231726 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231726
摘要

Electrolyte additives play a pivotal role in improving the cyclability of the sodium-ion batteries (SIB) by modifying the composition of solid electrolyte interphase (SEI) film. Herein, we select three sulfur-based additives with similar molecular structure (1,3-propane sultone (1,3-PS), prop-1-ene-1,3-sultone (PES) and ethylene sulfate (DTD)), which is contrastively investigated using home-made Na(Ni0.4Mn0.4Cu0.1Ti0.1)0.999La0.001O2 (NMCT-La)/commercial hard carbon (HC) full-type cells within the voltage range of 1.2–4.4 V. It is shown that adding 2 wt% 1,3-PS or 2 wt% DTD in the base electrolyte (1 M NaPF6 in EC:DMC with 2 wt% FEC) can achieve an increasingly capacity retention rate from 58.7% to 82.0% and 79.4%, respectively, while PES has a negative effect. Electron microscopy characterizations (FESEM and TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results confirm that 1,3-PS or DTD can generate a denser and more uniform SEI film on the HC electrode, meanwhile, be oxidized on the positive electrode to protect the NMCT-La material from the attack of the electrolyte during cycling. The formation of sulfates and sulfites (such as ROSO2Na and RSO3Na) through the decomposition of 1,3-PS and DTD can stabilize SEI film, resulting in a high-performance SIB with long lifespan.
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