三单位联合Nano Energy：钠离子电池醚基SEI中有机物的分子水平鉴定

固体电解质界面（SEI）缺乏精确的化学信息是电池技术突破的巨大障碍。

图1. 电化学性能研究

北京理工大学曹敏花、谢静、首都师范大学魏玮、商丘师范学院王鑫等展示了在醚类电解液中形成的SEI中有机成分的分子级鉴定，并揭示了其超级离子导体的结构特征是其性能更佳的主要原因。

这项工作首次在二甘醇二甲醚电解液中人工合成了结晶形式的有机SEI物种，并确定其晶体结构是由四个Na⁺、三个三氟甲磺酸根离子和一个二甘醇一甲醚分子（表示为Na₃T₃D）的共溶剂化形成的二维（2D）层状网络，而不是通过二甘醇二甲醚的电化学还原形成的。光谱特性进一步验证了Na₃T₃D是二甘醇二甲醚基SEI中唯一的有机成分。同时，物理分析表明Na₃T₃D可以溶解在大多数溶剂中，因此二甘醇二甲醚基SEI的实际厚度并不像大家在以往文献中观察到的那样薄。

图2. SEI分析

低电流束透射电子显微镜（TEM）证实了这一猜想，并进一步发现二甘醇二甲醚基SEI中的有机成分是结晶的，不是大家在文献中观察到的被电流束破坏的无定形状态。

最后，实验研究和理论模拟共同证明，Na₃T₃D是一种良好的离子导体，能为Na⁺在SEI层中的传输提供合理的扩散途径和较低的扩散阻力。这项工作不仅颠覆了人们对二甘醇二甲醚基SEI及其基本特性的一些现有误解，还揭示了二甘醇二甲醚基电解液与性能改善之间的本质关系。

图3. 阻抗和离子导电性研究

Molecular-level identification of organic species of ether-based solid-electrolyte interphase in sodium-ion batteries. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109163

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