1,3,2-二氧杂硫戊环-2,2-二氧化物添加剂构筑碳酸酯基凝胶聚合物电解质实现高性能长循环钠金属电池的双界面稳定

本研究发现将功能性添加剂DTD引入碳酸酯基凝胶聚合物电解质（GPE）体系THEP中，可协同优化钠离子溶剂化结构并增强电极/电解质界面稳定性。实验表明DTD能削弱TFSI?与Na+的配位，优先参与形成富含RSO3Na的稳定SEI层。使用含5 wt% DTD的THEP-D5电解质，钠对称电池实现1500小时超长循环，NVP|Na全电池在1C下循环2000次容量保持率达82%，在5C高倍率下仍保持83%的容量。该研究为高性能、高安全性钠金属电池（SMBs）的电解质设计提供了新策略。

　　

Highlight

材料

以下化学品购自Aldrich：双（三氟甲基磺酰）亚胺钠（NaTFSI，99.99%，分子量?=?303.13?g?mol^?1）、碳酸甲乙酯（EMC, 98%）、碳酸丙烯酯（PC, 98%）、1,3,2-二氧杂硫戊环-2,2-二氧化物（DTD, 98%）、1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA, 90%）、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA, 98%）和2,2'-偶氮二（2-甲基丙腈）（AIBN, 98%）。此外，Na₃V₂(PO₄)₃（NVP）由深圳科晶提供，玻璃纤维（GF）隔膜购自相应供应商。

结果与讨论

图1a展示了原位形成GPE的机制。在AIBN引发下，TMPTMA和HDDA于60°C热聚合1小时，形成交联网络结构。该结构显著增强了Na⁺扩散通道，同时缩短了离子传输距离。对THEP-D5在玻璃纤维上的EDS分析（图1b）显示F、N、O、Na、S和C元素均匀分布，表明GPE在纤维周围实现了均匀浸润。GF隔膜展现出优异的电解液保持能力和热稳定性。

结论

我们通过将DTD理性引入碳酸酯基基质，成功开发出一种分子工程设计的凝胶聚合物电解质（GPE）系统。与先前主要关注锂金属体系的研究不同，本工作深入揭示了DTD在钠化学中的独特作用。Na⁺与Li⁺的路易斯酸性差异导致了根本不同的界面化学：DTD促进SO₃^2?掺入SEI，形成富含有机磺酸盐的界面层，显著提升钠金属电池的循环稳定性和倍率性能。