Interface Modulation of Metal Sulfide Anodes for Long‐Cycle‐Life Sodium‐Ion Batteries

电解质 阳极 材料科学 硫化物 电化学 无机化学 金属 化学工程 电池(电) 硝酸钠 电极 化学 冶金 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学 工程类
作者
Mei Yang,Xiaoqing Chang,Liuqi Wang,Xingyu Wang,Mengyan Gu,Haojie Chen,Lingyu Tang,Yiren Zhong,Hui Xia
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (13) 被引量:95
标识
DOI:10.1002/adma.202208705
摘要

Although studies of transition metal sulfides (TMS) as anode materials for sodium-ion batteries are extensively reported, the short cycle life is still a thorny problem that impedes their practical application. In this work, a new capacity fading mechanism of the TMS electrodes is demonstrated; that is, the parasitic reaction between electrolyte anions (i.e., ClO4- ) and metal sulfides yields non-conductive and unstable solid-electrolyte interphase (SEI) and meanwhile, corrosively turns metal sulfides into less-active oxides. This knowledge guides the development of an electrochemical strategy to manipulate the anion decomposition and construct a stable interface that prevents extensive parasitic reactions. It is shown that introducing sodium nitrate to the electrolyte radically changes the Na+ solvation structure by populating nitrate ions in the first solvation sheath, generating a stable and conductive SEI layer containing both Na3 N and NaF. The optimized interface enables an iron sulfide anode to stably cycle for over 2000 cycles with negligible capacity loss, and a similar enhancement in cycle performance is demonstrated on a number of other metal sulfides. This work discloses metal sulfides' cycling failure mechanism from a unique perspective and highlights the critical importance of manipulating the interface chemistry in sodium-ion batteries.
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