鈉電池電極穩(wěn)定性和電解質(zhì)浙江大學

鈉離子電池電極材料的穩(wěn)定性及電解質(zhì)研究潘慧霖浙江大學2021年11月23日 一、鈉離子電池研究背景二、鈉離子電池電極材料的穩(wěn)定性研究三、總結(jié)研究背景—鈉離子電池技術(shù)鋰儲量有限，鈉儲量豐富鋰儲量有限，鈉儲量豐富價格差：100倍-一v0o新型無鈷正極材料●資源豐富、更低成本●電池加工裝備一樣、工藝相似鈉離子電池工作原理鈉離子電池工作原理e田0o工作原理與鋰離子電池相同支撐大規(guī)模儲能技術(shù)可持續(xù)發(fā)展AI1e-H.Pan,Y.-S.Hu,L.Chen,EnergyEnviron.Sci.6(2013)2928過渡金屬氧化物正極BAB缺點·低成本、易規(guī)?；苽鋂.S.Huetal.Science,2020,370,708-7114氧化物正極的不穩(wěn)定性研究ZhonghuaLu'andJ.R.Dahnt水合相5氧化物正極的不穩(wěn)定性研究·在潮濕空氣中，H?O分子可嵌入過渡金屬層狀氧化物層間，升溫后脫出·過渡金屬的組成影響其空氣敏感性質(zhì)T氧化物正極的空氣變質(zhì)原因過渡金屬氧化物暴露潮濕空氣后，發(fā)生鈉離子脫出，表面產(chǎn)生Na?CO?Air7氧化物正極的空氣變質(zhì)原因脫鈉產(chǎn)生碳酸鈉的具體機制存在爭議NaFe,M0過渡金屬變價補償不是主要因素89ACSAppl.Mater.Interaces,UnderReview9 氧化物正極的變質(zhì)過程—微觀結(jié)構(gòu)機制控制失效條件：較低的濕度失效的初始階段演變過程出現(xiàn)Na?CO?+O3+P3+NiONaz(CO?)x+(03+P3Hn(Ni??Fe?1?Mn13)O?+y?NaOH變質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)變化-顆粒形狀的影響裂紋無裂紋裂紋變質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)變化-顆粒形狀的影響碳酸鈉微晶始于過渡金屬層間結(jié)構(gòu)蛻變結(jié)構(gòu)蛻變12變質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)變化-碳酸鈉微晶的生長過程幾NFM變質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)變化-表面化學變化>>原始NFM樣品·TM價態(tài)無明顯變化·TM變價不是脫鈉補償機制O3-Na(Ni1?Fe13Mn13)O?+變質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)變化-相對濕度的影響DDl氧化物正極空氣失效微觀結(jié)構(gòu)變化機制AmbientAirAmbientAir效氧化物正極的復原人人人表面結(jié)構(gòu)相變(層狀→尖晶石→鹽巖)氧化物正極的電化學界面·抑制過渡金屬溶解··抑制過渡金屬溶解·提高首周庫倫效率阻燃溶劑磷酸三乙酯a3310·提高庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性Panetal.ACSEnergyLett.2020,5,3212-3220新型磷酸酯電解液傳統(tǒng)碳酸酯電解液NaFSI:TEP:TTE=1:1.5:2Sm傳統(tǒng)電解液設(shè)計原理：→局域配位結(jié)構(gòu)、降低自由溶劑數(shù)新型阻燃電解液設(shè)計：·不依賴鹽濃度、超低粘度、·正負極兼容、高安全性→大尺度配位結(jié)構(gòu)和多聚體新型阻燃電解液80度全電池測試60度全電池測試高溫循環(huán)穩(wěn)定、工作溫度可達80度及以上結(jié)合功能添加劑組合，鹽濃度可低至0.2ML-1,可根據(jù)需求設(shè)計未發(fā)表實驗結(jié)果固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)ofaofa文獻報道有用的SEI組分：(結(jié)構(gòu)、組成、溶解度、化學穩(wěn)定性、導電性等)電池的電化學性能aH.Panetal,Adv.Funct.Mater.2021,2100278固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)邑邑邑邑0700D0O百三5硬碳負極的倍率、循環(huán)穩(wěn)定性能H.Panetal,Adv.Funct.Mater.2021,2100278電極表面SEI膜的組分·幾乎完全相似的SEI膜組分·醚類溶劑SEI膜含有略多的無機醚類·有碳類負極的電化學界面碳類負極的電化學界面Rseua匯硬碳微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控氮摻雜HC:PHC2+尿素(NHC)硫摻雜HC:PHC2+硫代乙酰胺(SHC)U出100-COSN·雜原子摻雜對硬碳微觀結(jié)構(gòu)有調(diào)控作用·S和N元素摻雜都會引入更多缺陷和雜原子>過