层状过渡金属氧化物是一种很有前途的钠离子电池（SIBs）正极材料，适用于低成本储能技术。然而，要满足实际应用的要求，还需要大幅度提高层状过渡金属氧化物正极的循环稳定性。具体地说，有关电解质稳定性和形成不稳定的正极-电解质界面（CEI）的问题仍然没有得到有效。

近日，香港城市大学张文军教授，Denis Y. W. Yu，中科大朱彦武教授报道了系统地研究了氟化电解液，即在氟代碳酸乙烯酯（FEC）中加入1 M NaClO₄（FEC电解液)对改善SIBs中Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂正极电化学性能的影响。

文章要点

1）研究发现，FEC导致在Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂上形成坚固的氟化CEI，有效钝化了正极表面。因此，坚固的氟化CEI抑制了电解质的持续分解，并防止了CEI的过度形成，确保了即使循环时间延长，钠离子也能通过表面的有效传输。

2）实验结果显示，Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂正极在FEC电解质中表现出优异的倍率性能（当电流密度从0.2增加到30 C时，86%的容量保持率）和显著的循环稳定性(在5 C下2000次循环后，87%的容量保持率)，优于在其他典型无氟碳酸盐基电解质中的性能。

3）密度泛函理论（DFT）研究进一步表明，与碳酸丙烯酯（PC）分子相比，FEC分子在正极侧更稳定，更低的HOMO能以及更高的解离势垒。

4）研究人员在FEC电解液中，构建了以Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂为正极，商品硬碳为负极的全电池；其优异的性能（例如，在5 C下1000次循环后94%的容量保持率，以及当电流密度从0.3增加到10 C时，88%的容量保持率）进一步验证了在实际应用中含氟碳酸盐作为溶剂的电解质的可行性。

参考文献

Shuilin Wu, et al, Fluorinated Carbonate Electrolyte with Superior Oxidative Stability Enables Long-Term Cycle Stability of Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂ Cathodes in Sodium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002737

https://doi.org/10.1002/aenm.202002737