碳酸酯类溶剂对钠离子电池硬碳负极电化学性能的影响机制

摘要

针对钠离子电池硬碳（HC）负极,设计以六氟磷酸钠（NaPF₆）为钠盐,在碳酸乙烯酯（EC）基溶剂中添加碳酸丙烯酯（PC）和碳酸二甲酯（DMC）作为混合溶剂的电解液,探究了不同溶剂协同组合对HC负极电化学性能的影响.采用分子动力学（MD）模拟分析了电解液溶剂化结构和钠离子在电解液中的扩散系数;通过电导率、充放电、循环性能和倍率性能等测试对比分析了HC负极在EC基电解液中的电化学性能,并通过循环伏安（CV）、恒电流间歇滴定技术（GITT）及电化学阻抗谱（EIS）分析钠离子存储动力学行为,并通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等对硬碳表面形貌和成分进行分析.结果表明, DMC和PC协同作用可以显著提高电解液的离子电导率和钠离子扩散速率、优化溶剂化结构,减少有机副产物并增加阴离子配位,促进固体电解质介面（SEI）膜中无机物的生成,有效降低SEI膜阻抗和电荷传递阻抗,同时提高钠离子在HC中的扩散系数,使HC负极在1 mol/L NaPF₆-EC/PC/DMC电解液中具有相对优异的倍率性能和充放电循环性能,在50 mA/g电流密度下初始容量为362.0 mA·h/g,循环50次后,容量衰减至353.4 mA·h/g,容量保持率为97.6%.因此, EC/PC/DMC混合溶剂是钠离子电池HC负极最具有应用前景的溶剂之一.

关键词

钠离子电池 / 电解液 / 溶剂 / 电化学性能 / 硬碳负极