电池研究 | 钠离子电池电解液的更优选择：硼酸钠

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鉴于此，剑桥大学的Darren M.C. Ould等人开发了一系列硼酸钠盐电解液，电化学研究表明Na[B(hfip) ₄ ]  · DME和Na[B(pp) ₂ ]作为钠离子电池电解液展现出了优异的电化学性能。

图1为硼酸盐的热重分析图谱。如图所示，合成的硼酸盐在电池工作温度下都展现出了很好的热稳定性。其中，Na[B(hfip) ₄ ] · DME (图1a) 最先发生热分解，起始温度为166℃。

相比之下 ，Na[B(pp) ₂ ] · 3DME (图1b) 和 Na[B(pp) ₂ ] (图1b’) 表现出更高的热稳定性，起始温度分别为 328℃和 370℃。Na[B(pp) ₂ ] · 3DME 在温度为 171℃时，由于DME溶剂的去除发生了24%的初始质量损失。

Figure 1.  硼酸钠盐的热重分析图（TGA）。

随后，对硼酸盐电解液的导电性进行了表征。如图2所示，1 M 的 Na[B(hfip) ₄ ] · DME溶液展现最大电导率10 mS/cm。相比之下，Na[B(pp) ₂ ] · 3DME和 Na[B(pp) ₂ ] 电解液的电导率分别为 8.3 和 8.2 mS/cm。

Figure 2. 硼酸钠盐电解液的导电性分析（溶剂为1/1的EC/DEC）。

图3表征了不同硼酸盐电解液在Na-Na 对称电池中的阻抗性能。如图3a所示，EIS谱由两个半圆组成，最大值分别为22 Hz和0.3 Hz。

较高频率的半圆与通过界面的离子传输相关，而较低频率的半圆（电容量为nF）归因于SEI晶界中的离子传输。

Figure 3.  电解液的阻抗性能表征：(a)不同电解液电池的EIS图谱以及(b)电池低频阻抗归一化R _SEI 与时间的关系图。

图4表征了使用1 M不同硼酸盐电解液电池的循环伏安性能。从图中可以看出，Na[B(pp) ₂ ] 电解质溶液测得的氧化电流比Na[B(hfip) ₄ ]·DME和 Na[B(pp) ₂ ]·3DME电解液的低两倍。

Figure 4. 1 M不同电解液电池的 循环伏安性能分析。

图5分析了不同电解液对电池电压与比容量的影响。电池以 C/5倍率进行10次充放电循环。在相同条件下比较了电池在第 1 次和第 10 次循环中的放电容量与电池电压之间的关系曲线。

  Figure 5.   不同电解液电池的充放电性能测试，显示了电压与电池比容量关系。

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