Low-Concentration Electrolyte Enables High-Voltage Positive Electrode Na4Co3(PO4)2P2O7 with Good Cycle Stability

电解质 阴极 电极 电化学 材料科学 分析化学(期刊) 溶剂化 相间 化学 化学工程 离子 色谱法 物理化学 有机化学 生物 遗传学 工程类
作者
Jingyao Zeng,Dichang Guan,Weigang Wang,Xin Fu Tan,Yanbing Cao,Zhongdong Peng,Guorong Hu,Ke Du
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (8): 4238-4248 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c00120
摘要

Low energy density has been a limiting factor for further large-scale commercialization of sodium-ion batteries (SIBs). In this work, we prepare a high-voltage cathode material Na4Co3(PO4)2P2O7 with a low carbon content by a simple solid-state method. In order to counter the poor oxidative stability of the conventional electrolyte, the highly fluorinated co-solvent 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE) is introduced to adjust the Na+ solvation sheath structure. Consequently, we design a low-concentration SIB electrolyte (0.3 M NaPF6 in PC/FEC/TTE = 1/1/4, v/v/v). The oxidation stability of this electrolyte is greatly improved due to the special Na+ solvation sheath structure. Under high-voltage cycling, it can form a dense and thin cathode electrolyte interphase film on the cathode surface, which improves the interfacial stability between the electrolyte and the cathode material. Thus, the Na||NCPP cells in the 0.3 M-114 electrolytes maintain good cycle stability even when charged to a high voltage of 4.7 V. Meanwhile, it achieves a reversible capacity of 95.7 mA h g–1 in the initial cycle and a capacity retention of 94.25% after 150 cycles at 1 C. Moreover, it has an energy density of up to 420 W h kg–1 at 1 C. This study provides a practical way to establish a stable interface between the high-voltage positive electrode and the electrolyte in SIBs.

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