A Temperature‐Adapted Ultraweakly Solvating Electrolyte for Cold‐Resistant Sodium‐Ion Batteries

材料科学 电解质 离子 无机化学 化学工程 物理化学 电极 冶金 有机化学 化学 工程类
作者
Yuewei Cui,Youxuan Ni,Yuankun Wang,Linyue Wang,Wenxuan Yang,Shuang Wu,Weiwei Xie,Kai Zhang,Zhenhua Yan,Jun Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202405363
摘要

Abstract Sodium‐ion batteries are applied to cold‐resistant energy storage hindered by phase transitions and sluggish Na + migration of traditional carbonate‐based electrolytes at low temperatures. The desolvation of Na + is a crucial step in impeding the transport of Na + , which primarily attributes to the robust solvent coordination of Na + . Herein, a low‐temperature adaptive electrolyte with an ultraweakly coordinated 1,3‐dioxolane (DOL) is designed for constructing anion‐rich solvation structure in a diglyme (G2)‐based electrolyte. The electronegativity of the oxygen atoms of G2 is attenuated by dipole‐dipole interaction between DOL and G2. As the temperature drops, the weakened Na + ‒O (G2) interaction leads to increased anionic coordination and less solvent coordination, facilitating the desolvation of Na + . This anionic‐enhanced solvation structure contributes to the formation of stable solid electrolyte interface at the hard carbon (HC) anode, which accelerates Na + transport and diminishing the voltage polarization at low temperatures. Consequently, the HC anode can retain a high capacity of 203.9 mAh g ‒1 (1 C) at ‒50 °C, and the pouch cell composed of HC||Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 at ‒30 °C achieves a capacity retention of 92.43% after 100 cycles at 0.1 C. This strategy guides the design of ultra‐low temperature electrolytes and broadens the range of applications for sodium‐ion batteries.

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