Stabilizing Interfacial Reactions for Stable Cycling of High‐Voltage Sodium Batteries

电解质 阴极 材料科学 相间 溶解 电极 化学工程 无机化学 化学 冶金 遗传学 生物 工程类 物理化学
作者
Yan Jin,Yaobin Xu,Biwei Xiao,Mark Engelhard,Ran Yi,Thanh D. Vo,Bethany E. Matthews,Xiaolin Li,Chongmin Wang,Mỹ Loan Phụng Lê,Ji‐Guang Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (40) 被引量:57
标识
DOI:10.1002/adfm.202204995
摘要

Abstract Developing advanced electrolytes is critical for stabilizing electrode/electrolyte interfacial reactions and thus extending cycling stability of sodium (Na) batteries, especially when a high‐voltage cathode (such as NaNi 0.68 Mn 0.22 Co 0.10 O 2 (NaNMC)) is used to achieve high energy density in batteries. Here, an advanced electrolyte based on sodium bis(fluorosulfonyl)imide (NaFSI)–triethyl phosphate, which is highly stable against a high‐voltage cathode, enabling long‐term cycling of sodium batteries, is reported. Na||NaNMC cells with this electrolyte demonstrate 89% capacity retention after 500 cycles with a cutoff voltage of 4.2 V versus Na/Na + . A full cell of hard carbon||NaNMC also exhibits good capacity retention of 83.5% after 200 cycles. Postmortem analyses on the cycled electrodes reveal that stabilization of the high‐voltage cathode can be attributed to the formation of a stable electrode/electrolyte interphase layer. The interphase is generated mainly by salt decomposition, which suppresses transition metal dissolution and surface reconstruction on the cathode. The optimized electrolyte can minimize solid electrolyte interphase dissolution to avoid capacity loss. This study offers a feasible pathway to achieve extended cycling of high‐voltage sodium batteries and guide further improvements in cycling performance of batteries by manipulating the chemistry of the electrolytes and interphase properties.
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