Sulfite-Based Electrolyte Chemistry with Ion–Dipole Interactions and Robust Interphase Achieves Wide-Temperature Sodium-Ion Batteries

化学 亚硫酸盐 电解质 离子 相间 亚硫酸钠 无机化学 钠 偶极子 电极 有机化学 物理化学 遗传学 生物
作者
Haojie Liang,Wen-Yu Qian,Han‐Hao Liu,Xiaotong Wang,Zhen‐Yi Gu,Feilong Dong,Yating Deng,Yuanzheng Tang,Jingping Zhang,Jian Zhao,Xing‐Long Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (21): 17860-17870 被引量:59
标识
DOI:10.1021/jacs.5c01864
摘要

Currently, ether- and carbonate-based electrolytes have been extensively studied for applications in harsh conditions; however, it is difficult to develop a suitable electrolyte system that is compatible with both high and low temperatures. Herein, for the first time, a cyclic sulfite-based electrolyte is formulated to successfully achieve the wide-temperature operation of sodium-ion batteries (SIBs) from −60 to 60 °C. By precisely modulating ion–dipole interactions, the dominant ion coordination states are screened directionally to accelerate the desolvation process and simultaneously maintain sufficient electrostatic constraints, laying the foundation for high- and low-temperature compatibility. And the coordinated anions and additives synergistically decompose to enable inorganic-rich interphases with robustness and favorable ion diffusion, extending the voltage window and temperature range. As a result, Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 O 2 F demonstrates 58 mA h g –1 at −50 °C while stably cycling at 60 °C for 300 cycles with 80% capacity retention. Additionally, Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 and NaFe 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 cathodes also exhibit discharge specific capacities of 50 and 65 mA h g –1 at −60 °C. Eventually, the Ah-class pouch cell displays 0.64 A h with 56% capacity retention at −40 °C. In short, the introduced electrolyte formulation enhances the wide temperature operation of SIBs, shedding light on the development of all-weather systems.
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