前沿资讯!中国研究人员发现新添加剂 可实现更好的钠离子电池

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钠离子电池性能进步或可推动电网更广泛地采用可再生能源，并降低电动汽车的成本。但制造可行的钠离子电池的主要障碍之一是找到稳定的阳极。硬碳是目前钠离子电池常用的阳极，但该材料具有相间不稳定的缺点，即分解的电解质会在其表面堆积，增加相间阻抗，导致放电容量急剧下降。

据外媒报道，中国的一组研究人员将N-苯基双（三氟甲烷磺酰）亚胺（PTFSI）作为硬碳的成膜添加剂进行了测试，发现该材料增强了相间稳定性，且在100次循环后，钠离子电池的容量保持率提高了52%。

图片来源：Nano Research，Tsinghua University Press

华南师范大学化学学院教授、该研究的合著者邢丽丹说：“钠离子电池近年来才重新受到关注。硬碳是钠电池应用最广泛的阳极材料，但其长循环稳定性还不足以满足商业和工业应用要求。而目前关于电解质与硬碳阳极材料匹配的研究相对较少。”

该研究发现，在硬碳阳极中添加PTFSI并经过500此循环后，测试的硬碳/钠半电池的容量保持率从0%提高到68%。

为打造更高性能钠离子电池，研究人员曾尝试添加具有扩大夹层的多功能氮掺杂硬碳，以及在另一种情况下开发碳化重构木质素作为新型硬碳阳极。目前，研究人员已经使用其他碳酸盐基电解质，如氟代碳酸亚乙酯、琥珀酸酐、铷和铯离子对钠离子电池进行了实验。但上述方法所取得的性能改进与邢丽丹及其同事的方法相比相差甚远。

邢丽丹表示：“作为阳极的成膜添加剂，PTFSI的还原活性与其分解产物的性质一样重要。例如，在这项工作中，PTSFI的结构与FSTI阴离子的结构相似，且还原产物的结构和性质也非常相似。但是，PTFSI是一种比FSTI阴离子具有更高还原活性的分子，PTFSI可以提高硬碳的相间稳定性，但FSTI不能。因此，这项研究为硬碳成膜添加剂的设计提供了思路。”

该研究小组使用纽扣电池来评估添加PTFSI的钠离子系统的性能。研究人员使用直径为12毫米的薄铜箔制造硬碳阳极，经过涂层和干燥，然后用玻璃纤维隔板和碳酸基电解质分层成半电池。使用或不使用PTFSI成膜添加剂的电池都经历充放电500次，结果证明增加1%的PTFSI可显著提升性能。

邢丽丹表示：“研究表明PTFSI可以显著提高硬碳的长循环性能。因此，未来我们将评估其在大容量电池中的性能。如果结果相近，我们相信这种添加剂或可推动钠离子电池的商业应用。”