协同氟化/氮化功能基团设计凝胶聚合物电解质实现高稳定钠金属电池

本文创新性地采用原位聚合法构建了氟/氮双功能化交联网络凝胶聚合物电解质(NF-GPE)，通过C≡N/C-F协同作用显著提升Na+电导率(3.4 mS cm?1)和迁移数(0.67)，并在钠金属界面原位形成富含NaF/Na3N的固体电解质界面层(SEI)，使Na||Na对称电池实现3000小时稳定循环，Na3V2(PO4)3全电池1500次循环后容量保持率达77.9%。

　　

Highlight

高活性钠金属易与凝胶聚合物电解质(GPEs)发生反应，导致界面不稳定性，阻碍钠金属电池(SMBs)的长期循环性能。固体电解质界面层(SEI)在反复钠沉积/剥离过程中的失效会导致枝晶穿透，带来严重安全隐患。为解决这一难题，本研究通过将交联聚合物网络引入碳酸酯基电解质，开发出高性能NF-GPE。

Results and discussion

通过精确调控C≡N/C-F比例来调节局部相互作用，NF-GPE在30°C下实现了卓越的离子电导率(3.4 mS cm^?1)和Na⁺迁移数(0.67)。DFT计算表明，氮化/氟化聚合物网络在界面处优先发生还原反应，促进富含NaF/Na₃N的SEI层形成。这种无机物主导的SEI层具有优异的机械强度和离子电导率，能有效均匀Na⁺通量并抑制枝晶生长。

Conclusions

通过原位聚合开发的NF-GPE具有氟化/氮化聚合物网络，可协同降低Na⁺传输势垒并优化SEI组成。实验证明，该电解质使Na||Na对称电池在0.1 mA cm^?2电流密度下稳定运行3000小时，Na₃V₂(PO₄)₃全电池在0.5C倍率下循环1500次后仍保持77.9%容量，为高性能SMBs电解质设计提供了新思路。