近日，环境与化学工程学院蒋永研究员、赵兵研究员课题组在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表关于阴离子受体添加剂实现碳酸酯电解液体系超低温钠金属电池的研究成果，论文题目为“A Novel Anion Receptor Additive for -40ºC Sodium Metal Batteries by Anion/Cation Solvation Engineering”。
钠金属电池（SMBs）以其较高的理论比容量、丰富的储量和优良的低温性能而闻名，引起了人们的广泛关注。然而，钠离子（Na+）的大离子半径和缓慢的界面离子传输动力学阻碍了它们的实际应用。以往的研究很少从阴离子的角度调控电解液的性能，作为电解液的重要组成部分，阴离子调控机制尚不清楚。
该工作创新性地采用阴离子受体（4-氨基苯硼酸嚬哪醇酯，ABAPE）作添加剂，调制电解液的溶剂化结构，开发了一种适用于超低温钠金属电池的阴/阳离子溶剂化策略。ABAPE通过路易斯酸碱作用结合阴离子，增加游离离子、溶剂分离离子对（SSIP）和接触离子对（CIP）的数量，从而改善离子迁移率和传输电导率。ABAPE也成功参与Na+的第一溶剂化壳层，从而与碳酸酯溶剂（EC和DEC）的配位数减少。ABAPE对阳离子和阴离子的双重作用使Na+更容易去溶剂化，钠形貌由树枝状沉积转变为球状沉积，促进了Na+的均匀沉积。此外，ABAPE可与电解液中的痕量水形成氢键，从而抑制氢氟酸（HF）的形成。这些特性在抑制电极腐蚀和促进建立稳定的电极界面方面起着至关重要的作用。组装的磷酸钒钠||钠全电池在-40ºC实现连续稳定循环。该项工作通过阴离子调控，为改善传统碳酸酯电解液在极端条件下的适用性提供了可行策略。
阴离子受体ABAPE对电解液结构的调控机理以及钠沉积示意图
永利集团88304官网环境与化学工程学院博士生李萌为该论文第一作者，永利集团88304官网蒋永研究员、赵兵研究员、李文荣副研究员、张久俊院士为论文共同通讯作者，永利集团88304官网为第一完成单位。该项工作得到国家自然科学基金（22179080, 22379091）和中国科学基金会博士后科研项目（GZC20241070）的支持。
蒋永、赵兵课题组对锂/钠金属负极设计开发有着多年的研究经验，围绕三维负极骨架设计、表面改性和电解液开发取得系列成果：三维负极骨架设计（Energy Storage Materials, 2023, 54, 885）、锂/钠负极表面人工SEI修饰（Nano Energy, 2024, 120, 109150；Energy Storage Materials, 2023, 63, 103009），电解液添加剂（Advanced Energy Materials, 2024, 14(27),202400365）等。开发的高功率4680全极耳钠离子圆柱电池，正在开展两轮车换电业务试用验证。
文章链接：https://doi.org/10.1002/ange.202413806
