侴术雷/李丽最新AFM综述：钠电池电解液添加剂！

第一作者：林赛赛

通讯作者：李丽，侴术雷

通讯单位：上海大学，温州大学

论文速览：

本综述论文深入探讨了钠离子电池（SIBs）和钠金属电池（SMBs）中功能性电解液添加剂的研究进展。

论文首先介绍了可再生能源存储技术的需求以及钠基电池相比于锂离子电池的优势。随后，文章详细阐述了各种功能性电解液添加剂的分类和作用，包括成膜剂、阻燃剂、过充保护剂、高压添加剂、酸和水去除剂、气体产生抑制剂、高低温保护剂以及钠金属阳极保护剂等。

论文还深入分析了这些添加剂的工作机理，并通过实验数据展示了它们在提高电池性能方面的有效性。最后，文章提出了未来研究方向，旨在促进钠基电池技术的商业化进程。

图文导读：

图1. 电解液添加剂的能级理论与作用机制

描述了电解液添加剂在电池充放电过程中的能级变化，以及它们如何在阳极和阴极表面形成稳定的固体电解质界面（SEI）和阴极电解质界面（CEI）。图中详细展示了不同添加剂分子的能级分布，以及它们在电池界面上的作用机制。

图2. 功能性电解液添加剂的分类与作用

总结了不同类型的电解液添加剂，如成膜剂、阻燃剂、过充保护剂等，并解释了它们在提升电池性能方面的作用。图中通过分类和图示，清晰地展示了各种添加剂的功能和应用。

图3. SEI膜特性与气体分子形成的影响

通过实验数据和模拟结果，展示了添加剂对SEI膜形成和气体产生的影响。图中对比了不同电解液条件下，电池在充放电过程中SEI膜的变化和气体分子的生成情况。

图4. VC添加剂对电池性能的改善作用

通过对比含有和不含有VC添加剂的电解液在TiO2纳米片负极上形成的SEI组成，揭示了VC添加剂如何改善电池的循环稳定性和电化学性能。图中详细描述了不同SEI组成对电池性能的具体影响。

图5. NaI和PTFSI添加剂提高电池循环稳定性

展示了NaI和PTFSI添加剂在提高电池循环稳定性和容量保持率方面的积极效果。图中通过实验数据展示了添加剂对电池在长期循环过程中性能维持的影响，以及它们在形成稳定的SEI膜方面的作用。

图6. 阻燃添加剂的作用机制

描述了阻燃添加剂在电解液中的作用，特别是它们如何在高温下生成含磷和含氟的自由基来抑制燃烧反应。图中展示了这些添加剂的化学结构以及它们与自由基的反应过程，从而提高了电池的安全性。

图7. 过充保护添加剂的作用

展示了过充保护添加剂如何通过自身的氧化还原反应来防止电池过充。图中详细阐述了这些添加剂在正常电压下保持不活跃状态，而在过充时则通过形成稳定的自由基来吸收多余的电荷，防止电池过充。

图8. 高电压添加剂的电解液稳定性

描述了高电压添加剂如何提高电解液在高电压条件下的稳定性。图中展示了添加剂与电解液中的溶剂和盐类相互作用，形成稳定的聚合物链，从而抑制溶剂的分解和提高电解液的抗氧化能力。

图9. 酸和水去除添加剂的效果

展示了酸和水去除添加剂如何通过化学吸收或络合作用来去除电解液中的水分和酸性物质。图中解释了这些添加剂如何通过与HF或H2O反应来减少电解液的分解，从而延长电池的使用寿命。

图10. 气体产生抑制添加剂的作用

描述了气体产生抑制添加剂如何通过改变电解液的分解机制来减少气体的生成。图中展示了添加剂对电解液中气体产生路径的影响，以及它们如何通过形成稳定的SEI层来抑制气体的释放。

图11. 高低温添加剂对电池性能的影响

展示了高低温添加剂如何通过改善电解液的离子导电性和界面稳定性来提高电池在极端温度下的性能。图中对比了含有添加剂的电解液与不含添加剂的电解液在不同温度下的电池性能差异。

图12. 保护钠金属阳极的添加剂效果

描述了保护钠金属阳极的添加剂如何通过形成稳定的SEI层或合金层来抑制钠枝晶的生长。图中展示了添加剂如何通过不同的机制来提高钠金属阳极的稳定性和电池的循环性能。

图13. 钠金属阳极与添加剂的合金化作用

展示了钠金属阳极与添加剂形成的合金层如何提高电池的循环稳定性。图中详细描述了添加剂如何与钠金属反应形成合金层，以及这种合金层如何促进均匀的钠沉积和抑制钠枝晶的生长。

图14. 静电屏蔽效应的添加剂作用

描述了静电屏蔽效应的添加剂如何通过在钠金属阳极表面形成正电荷保护层来抑制钠枝晶的生长。图中解释了这些添加剂如何通过电静力作用来稳定电极界面，从而提高电池的安全性和循环稳定性。

图15. 功能性电解液添加剂的总结

总结了不同类型的功能性电解液添加剂及其在钠基电池中的作用。图中通过分类和图示，清晰地展示了各种添加剂的功能和应用，为未来的研究提供了方向。

总结展望：

本文全面回顾了钠离子电池（SIBs）和钠金属电池（SMBs）中功能性电解液添加剂的研究进展。通过深入分析各类添加剂的化学性质、作用机制以及对电池性能的影响，我们可以看到添加剂在提升钠基电池能量密度、循环稳定性和安全性方面发挥着至关重要的作用。

添加剂的研究不仅涉及传统的成膜剂、阻燃剂和过充保护剂，还包括了针对高电压、极端温度下电池性能的改进以及钠金属阳极保护的新型添加剂。这些研究不仅增强了我们对电池界面化学的理解，也为设计更高效、更稳定的电解液提供了新的思路。

未来的研究应当集中在以下几个方面：首先，开发新型添加剂，特别是那些能够同时改善多个电池性能参数的多功能添加剂；其次，利用先进的表征技术和理论计算，深入探索添加剂与电解液、电极材料之间的相互作用；再次，考虑添加剂的环境影响和经济成本，以实现钠基电池技术的可持续和商业化发展。

随着对钠基电池需求的不断增长，功能性电解液添加剂的研究将持续成为能源存储领域的热点。通过不断的创新和优化，我们有望在不久的将来看到钠基电池在各种应用中的广泛使用，从而为实现清洁能源转型和应对气候变化提供强有力的技术支持。

文献信息：

标题：Functional Electrolyte Additives for Sodium-Ion and Sodium-Metal Batteries: Progress and Perspectives

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202400731

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