电子离域溶剂化结构增强钠基双离子电池电荷转移动力学与结构稳定性的研究

这篇研究开创性地提出电子离域溶剂化结构（EDSS）电解质设计策略，通过调控溶剂化壳层电子分布，实现5.2 V（vs Na/Na+）高电压稳定性与快速阴离子旋转动力学，使钠基双离子电池（SDIBs）在50 C超快充下保持100.5 mAh g?1比容量，7000次循环容量保持率达76.4%。该工作为高功率电池电解质设计提供了从分子层面到溶剂化壳层电子结构调控的新范式。

　　

电子离域溶剂化结构的创新设计

研究团队通过将氟代碳酸乙烯酯（FEC）与NaFSI盐以1:3摩尔比配制成NF3电解质，构建出独特的电子离域溶剂化结构（EDSS）。二维核磁共振（2D HOESY NMR）和静电势（ESP）计算显示，FEC的末端氟原子促使FSI^?阴离子与溶剂产生分散式相互作用，形成均匀的电子分布。这种结构使阴离子旋转能垒降至0.899 eV，显著低于传统碳酸酯电解质（如DEC基ND3和PC基NP3），为超快阴离子转移动力学奠定基础。

钠金属阳极界面调控机制

在10 mA cm^?2超高电流密度下，EDSS电解质诱导形成富含NaF的无机SEI层，其厚度仅6 nm且组分均匀。XPS深度剖析显示，NF3处理的钠金属表面有机分解产物含量不足NP3的1/3，而ToF-SIMS证实其CEI层中C₂H₃O^?碎片信号强度降低80%。这种界面特性使钠对称电池在50 C（10 mA cm^?2）下仍保持稳定循环，交换电流密度提升3倍。

石墨阴极的结构保护效应

原位同步辐射XRD揭示，EDSS电解质能完全抑制溶剂共嵌入现象。NP3电解质在90%充电态（SOC）时出现22.4°异常衍射峰，对应石墨层间溶剂插层；而NF3仅显示22.0°的标准stage 1特征峰。这种保护作用使石墨在7000次20 C循环后仍保持晶体结构完整性，Raman光谱的D/G峰强度比维持在0.18以下。

双离子协同传输机制突破

通过分布弛豫时间（DRT）解析发现，EDSS体系在充电过程中电荷转移电阻（R_CT）降低至NP3的1/5，证实其通过增强阴离子旋转自由度而非提高体相电导率（仅2.83 mS cm^?1）来优化动力学。这种机制使电池在50 C极端条件下仍能实现100.5 mAh g^?1的可逆容量，远超传统高浓度电解质（HCE）体系。

该研究突破电解质设计的传统思路，首次从溶剂化壳层电子结构角度同步解决高电压稳定性、界面动力学和电极结构保护三大难题，为发展下一代高功率储能器件提供全新理论框架。