得益于钠高的地壳丰度(2.3 wt%)、较高的理论容量(1165 mAh g-1)及较低的氧化还原电位(-2.71 V),钠离子电池(SIBs)被认为是后锂时代具发展前景的一种电网级大规模储能技术。然而,SIBs在低温下,特别是在-20°C以下,容量低衰减快,其性能提升仍然是极端环境部署的迫切需求。大体上,影响钠离子电池低温性能的因素主要包含以下四方面:(1)电解液内部的离子传输;(2)电极-电解液界面的去溶剂化过程;(3)电极-电解液界面内部的离子传输;(4)电极材料内部的电子和离子传输。值得注意的是,界面Na+去溶剂化过程对低温更敏感,主导电荷转移阻抗,是影响电池性能的限速步。电解液的去溶剂化能取决于Na+-阴离子和Na+-溶剂分子的竞争配位,因此调控电解液的溶剂化化学是加速去溶剂化过程、提升SIBs低温性能的关键。虽然盐浓度和弱配位溶剂对内溶剂化构型的调控是行之有效的,阴离子对溶剂化行为的作用同样不可忽视。深入解析Na+,阴离子和溶剂分子的溶剂化化学对低温SIBs性能的提升至关重要。
图1. Na+溶剂化化学。(A)常见阴离子的DN值;(B)Na+-阴离子的结合能;(C-E)各电解液