低初始库仑效率(ICE)是阻碍碳负极在钠离子电池(SIBs)中实际应用的一个重要问题,尤其是对于具有大比表面积的碳。预钠化是解决上述问题的一种有效方法,但其操作比较复杂,无法抑制组装电池中不可避免的电解液分解。
近日,清华深圳国际研究生院Wei Lv报道了以溶解于二甲氧基乙烷(DME)中的萘乙酸钠(Na-NT)为预钠化剂,开发了一种超快化学预氧化碳负极(10 s)的方法,从而有效地解决了上述问题。
文章要点
1)以rGO为主要碳源,预钠化过程主要依赖于由Na-Nt和rGO之间巨大的电位差驱动的反应。rGO可以接受来自萘(NT)自由基阴离子的电子,并与钠离子反应生成钠化的rGO(NaCx)。此外,在溶液中形成的Na+-(DME)x配合物的低未占有分子轨道(LUMOs)低于石墨烯的费米能级,导致它们在石墨烯表面分解,形成聚醚和烷基碳酸钠作为人工SEI。这种人工SEI可以抑制溶剂分解,帮助在电池中形成富含无机成分的SEI。
2)预钠化的rGO(P-rGO)负极在1 M NaPF6的二甲醚电解液中的ICE高达96.8%,在500 mA g-1的电流密度下循环1000次后保持了68.4%的高容量保持率。此外,P-rGO负极在5 A g-1的大电流密度下的比容量高达198.5 mAh g-1,表明P-rGO负极具有良好的倍率性能。
综上所述,本工作为同时构建碳预钠化和人工SEI提供了一种有效的方法,可用于高性能碳负极的规模化生产,促进SIBs的商业化。
参考文献
Ganyu Zheng, et al, Ultrafast presodiation of graphene anodes for high-efficiency and high-rate sodium-ion storage, InfoMat. 2021
DOI: 10.1002/inf2.12242
https://doi.org/10.1002/inf2.12242