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第一作者：林賽賽

通訊作者：李麗，侴術(shù)雷

通訊單位：上海大學(xué)，溫州大學(xué)

論文速覽：

本綜述論文深入探討了鈉離子電池（SIBs）和鈉金屬電池（SMBs）中功能性電解液添加劑的研究進(jìn)展。

論文首先介紹了可再生能源存儲技術(shù)的需求以及鈉基電池相比于鋰離子電池的優(yōu)勢。隨后，文章詳細(xì)闡述了各種功能性電解液添加劑的分類和作用，包括成膜劑、阻燃劑、過充保護(hù)劑、高壓添加劑、酸和水去除劑、氣體產(chǎn)生抑制劑、高低溫保護(hù)劑以及鈉金屬陽極保護(hù)劑等。

論文還深入分析了這些添加劑的工作機(jī)理，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示了它們在提高電池性能方面的有效性。最后，文章提出了未來研究方向，旨在促進(jìn)鈉基電池技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

圖文導(dǎo)讀：

圖1. 電解液添加劑的能級理論與作用機(jī)制?

描述了電解液添加劑在電池充放電過程中的能級變化，以及它們?nèi)绾卧陉枠O和陰極表面形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI）和陰極電解質(zhì)界面（CEI）。圖中詳細(xì)展示了不同添加劑分子的能級分布，以及它們在電池界面上的作用機(jī)制。

圖2. 功能性電解液添加劑的分類與作用?

總結(jié)了不同類型的電解液添加劑，如成膜劑、阻燃劑、過充保護(hù)劑等，并解釋了它們在提升電池性能方面的作用。圖中通過分類和圖示，清晰地展示了各種添加劑的功能和應(yīng)用。

圖3. SEI膜特性與氣體分子形成的影響?

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果，展示了添加劑對SEI膜形成和氣體產(chǎn)生的影響。圖中對比了不同電解液條件下，電池在充放電過程中SEI膜的變化和氣體分子的生成情況。

圖4. VC添加劑對電池性能的改善作用

通過對比含有和不含有VC添加劑的電解液在TiO2納米片負(fù)極上形成的SEI組成，揭示了VC添加劑如何改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。圖中詳細(xì)描述了不同SEI組成對電池性能的具體影響。

圖5. NaI和PTFSI添加劑提高電池循環(huán)穩(wěn)定性

展示了NaI和PTFSI添加劑在提高電池循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率方面的積極效果。圖中通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示了添加劑對電池在長期循環(huán)過程中性能維持的影響，以及它們在形成穩(wěn)定的SEI膜方面的作用。

圖6. 阻燃添加劑的作用機(jī)制

描述了阻燃添加劑在電解液中的作用，特別是它們?nèi)绾卧诟邷叵律珊缀秃淖杂苫鶃硪种迫紵磻?yīng)。圖中展示了這些添加劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及它們與自由基的反應(yīng)過程，從而提高了電池的安全性。

圖7. 過充保護(hù)添加劑的作用

展示了過充保護(hù)添加劑如何通過自身的氧化還原反應(yīng)來防止電池過充。圖中詳細(xì)闡述了這些添加劑在正常電壓下保持不活躍狀態(tài)，而在過充時(shí)則通過形成穩(wěn)定的自由基來吸收多余的電荷，防止電池過充。

圖8. 高電壓添加劑的電解液穩(wěn)定性

描述了高電壓添加劑如何提高電解液在高電壓條件下的穩(wěn)定性。圖中展示了添加劑與電解液中的溶劑和鹽類相互作用，形成穩(wěn)定的聚合物鏈，從而抑制溶劑的分解和提高電解液的抗氧化能力。

圖9. 酸和水去除添加劑的效果

展示了酸和水去除添加劑如何通過化學(xué)吸收或絡(luò)合作用來去除電解液中的水分和酸性物質(zhì)。圖中解釋了這些添加劑如何通過與HF或H2O反應(yīng)來減少電解液的分解，從而延長電池的使用壽命。

圖10. 氣體產(chǎn)生抑制添加劑的作用

描述了氣體產(chǎn)生抑制添加劑如何通過改變電解液的分解機(jī)制來減少氣體的生成。圖中展示了添加劑對電解液中氣體產(chǎn)生路徑的影響，以及它們?nèi)绾瓮ㄟ^形成穩(wěn)定的SEI層來抑制氣體的釋放。

圖11. 高低溫添加劑對電池性能的影響

展示了高低溫添加劑如何通過改善電解液的離子導(dǎo)電性和界面穩(wěn)定性來提高電池在極端溫度下的性能。圖中對比了含有添加劑的電解液與不含添加劑的電解液在不同溫度下的電池性能差異。

圖12. 保護(hù)鈉金屬陽極的添加劑效果

描述了保護(hù)鈉金屬陽極的添加劑如何通過形成穩(wěn)定的SEI層或合金層來抑制鈉枝晶的生長。圖中展示了添加劑如何通過不同的機(jī)制來提高鈉金屬陽極的穩(wěn)定性和電池的循環(huán)性能。

圖13. 鈉金屬陽極與添加劑的合金化作用

展示了鈉金屬陽極與添加劑形成的合金層如何提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。圖中詳細(xì)描述了添加劑如何與鈉金屬反應(yīng)形成合金層，以及這種合金層如何促進(jìn)均勻的鈉沉積和抑制鈉枝晶的生長。

圖14. 靜電屏蔽效應(yīng)的添加劑作用

描述了靜電屏蔽效應(yīng)的添加劑如何通過在鈉金屬陽極表面形成正電荷保護(hù)層來抑制鈉枝晶的生長。圖中解釋了這些添加劑如何通過電靜力作用來穩(wěn)定電極界面，從而提高電池的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖15. 功能性電解液添加劑的總結(jié)

總結(jié)了不同類型的功能性電解液添加劑及其在鈉基電池中的作用。圖中通過分類和圖示，清晰地展示了各種添加劑的功能和應(yīng)用，為未來的研究提供了方向。

總結(jié)展望：

本文全面回顧了鈉離子電池（SIBs）和鈉金屬電池（SMBs）中功能性電解液添加劑的研究進(jìn)展。通過深入分析各類添加劑的化學(xué)性質(zhì)、作用機(jī)制以及對電池性能的影響，我們可以看到添加劑在提升鈉基電池能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

添加劑的研究不僅涉及傳統(tǒng)的成膜劑、阻燃劑和過充保護(hù)劑，還包括了針對高電壓、極端溫度下電池性能的改進(jìn)以及鈉金屬陽極保護(hù)的新型添加劑。這些研究不僅增強(qiáng)了我們對電池界面化學(xué)的理解，也為設(shè)計(jì)更高效、更穩(wěn)定的電解液提供了新的思路。

未來的研究應(yīng)當(dāng)集中在以下幾個(gè)方面：首先，開發(fā)新型添加劑，特別是那些能夠同時(shí)改善多個(gè)電池性能參數(shù)的多功能添加劑；其次，利用先進(jìn)的表征技術(shù)和理論計(jì)算，深入探索添加劑與電解液、電極材料之間的相互作用；再次，考慮添加劑的環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)成本，以實(shí)現(xiàn)鈉基電池技術(shù)的可持續(xù)和商業(yè)化發(fā)展。

隨著對鈉基電池需求的不斷增長，功能性電解液添加劑的研究將持續(xù)成為能源存儲領(lǐng)域的熱點(diǎn)。通過不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化，我們有望在不久的將來看到鈉基電池在各種應(yīng)用中的廣泛使用，從而為實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型和應(yīng)對氣候變化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

文獻(xiàn)信息：

標(biāo)題：Functional Electrolyte Additives for Sodium-Ion and Sodium-Metal Batteries: Progress and Perspectives

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202400731

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/10/a4b39f7543/

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侴術(shù)雷/李麗最新AFM綜述：鈉電池電解液添加劑！

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