钠电池电极稳定性和电解质浙江大学

钠离子电池电极材料的稳定性及电解质研究潘慧霖浙江大学2021年11月23日 一、钠离子电池研究背景二、钠离子电池电极材料的稳定性研究三、总结研究背景—钠离子电池技术锂储量有限，钠储量丰富锂储量有限，钠储量丰富价格差：100倍-一v0o新型无钴正极材料●资源丰富、更低成本●电池加工装备一样、工艺相似钠离子电池工作原理钠离子电池工作原理e田0o工作原理与锂离子电池相同支撑大规模储能技术可持续发展AI1e-H.Pan,Y.-S.Hu,L.Chen,EnergyEnviron.Sci.6(2013)2928过渡金属氧化物正极BAB缺点·低成本、易规模化制备Y.S.Huetal.Science,2020,370,708-7114氧化物正极的不稳定性研究ZhonghuaLu'andJ.R.Dahnt水合相5氧化物正极的不稳定性研究·在潮湿空气中，H₂O分子可嵌入过渡金属层状氧化物层间，升温后脱出·过渡金属的组成影响其空气敏感性质T氧化物正极的空气变质原因过渡金属氧化物暴露潮湿空气后，发生钠离子脱出，表面产生Na₂CO₃Air7氧化物正极的空气变质原因脱钠产生碳酸钠的具体机制存在争议NaFe,M0过渡金属变价补偿不是主要因素89ACSAppl.Mater.Interaces,UnderReview9 氧化物正极的变质过程—微观结构机制控制失效条件：较低的湿度失效的初始阶段演变过程出现Na₂CO₃+O3+P3+NiONaz(CO₃)x+(03+P3Hn(Ni₁₃Fe₁1₃Mn13)O₂+y₂NaOH变质微观结构变化-颗粒形状的影响裂纹无裂纹裂纹变质微观结构变化-颗粒形状的影响碳酸钠微晶始于过渡金属层间结构蜕变结构蜕变12变质微观结构变化-碳酸钠微晶的生长过程几NFM变质微观结构变化-表面化学变化>>原始NFM样品·TM价态无明显变化·TM变价不是脱钠补偿机制O3-Na(Ni1₃Fe13Mn13)O₂+变质微观结构变化-相对湿度的影响DDl氧化物正极空气失效微观结构变化机制AmbientAirAmbientAir效氧化物正极的复原人人人表面结构相变(层状→尖晶石→盐岩)氧化物正极的电化学界面·抑制过渡金属溶解··抑制过渡金属溶解·提高首周库伦效率阻燃溶剂磷酸三乙酯a3310·提高库伦效率和循环稳定性Panetal.ACSEnergyLett.2020,5,3212-3220新型磷酸酯电解液传统碳酸酯电解液NaFSI:TEP:TTE=1:1.5:2Sm传统电解液设计原理：→局域配位结构、降低自由溶剂数新型阻燃电解液设计：·不依赖盐浓度、超低粘度、·正负极兼容、高安全性→大尺度配位结构和多聚体新型阻燃电解液80度全电池测试60度全电池测试高温循环稳定、工作温度可达80度及以上结合功能添加剂组合，盐浓度可低至0.2ML-1,可根据需求设计未发表实验结果固态电解质膜(SEI)ofaofa文献报道有用的SEI组分：(结构、组成、溶解度、化学稳定性、导电性等)电池的电化学性能aH.Panetal,Adv.Funct.Mater.2021,2100278固态电解质膜(SEI)邑邑邑邑0700D0O百三5硬碳负极的倍率、循环稳定性能H.Panetal,Adv.Funct.Mater.2021,2100278电极表面SEI膜的组分·几乎完全相似的SEI膜组分·醚类溶剂SEI膜含有略多的无机醚类·有碳类负极的电化学界面碳类负极的电化学界面Rseua汇硬碳微观结构调控氮掺杂HC:PHC2+尿素(NHC)硫掺杂HC:PHC2+硫代乙酰胺(SHC)U出100-COSN·杂原子掺杂对硬碳微观结构有调控作用·S和N元素掺杂都会引入更多缺陷和杂原子>过