基于DPEPA聚合物凝胶电解质的准固态钠离子电池

作     者：孔剑锋 黄杰成 刘兆林 林存生 王治宇 

作者机构：大连理工大学精细化工国家重点实验室化工学院 中节能万润股份有限公司新材料开发分公司 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFB4101600,2022YFB4101605) 国家自然科学基金(52372175) 大连市科技创新基金(No.2023JJ12GX020) 中央高校基本科研业务费(DUT22LAB125) 

主　　题：钠离子电池 准固态电池 凝胶聚合物电解质 原位热驱动自由基聚合 储钠机制 

摘      要：与锂离子电池相比，钠离子电池由于使用价格低廉、储量丰富的钠资源，在实现低成本、规模化储能方面极具优势与市场竞争力。但使用高度易燃、易泄漏的液态电解液，使常规钠离子电池在破损、短路、热失控等情况下存在安全隐患。液态电解液较低的电化学稳定性也制约了钠离子电池应用性能的进一步提升。本研究提出了一种简便易行的原位热聚合方法，基于二季戊四醇戊-/己-丙烯酸（DPEPA）的自由基聚合反应制备了离子电导率为1.97 mS·cm–1，钠离子迁移数为0.66、宽电化学稳定窗口的高性能凝胶聚合物电解质。研究发现DPEPA的最低未占分子轨道（LUMO）能级低于碳酸乙烯酯（EC）与碳酸二乙酯（DEC）溶剂，可与NaPF6在负极表面共同优先分解形成稳定的有机–无机复合固态电解质中间相膜，抑制电解液溶剂分解。在此电解质中匹配Na(Ni1/3Fe1/3Mn1/3)O2（NFM）正极与硬碳（HC）负极，构建的准固态钠离子全电池在120 mA·g–1电流密度下稳定循环300次后，容量保持率达92%，并在20～80oC温度区间具有99～120 mAh·g–1的比容量。利用原位XRD分析揭示了NFM正极的高度结构可逆储钠机制与Na+在HC负极中的“吸附–填孔存储机制。研究表明引入含有低LUMO能级聚合物的凝胶电解质是在增强电池安全性的同时，提升固态钠离子电池电化学稳定性的有效手段。