东华大学朱美芳院士/徐桂银课题组Angew: 功能纤维隔膜助力高安全钠电池

主要观点总结

本文主要介绍了东华大学朱美芳院士/徐桂银教授团队开发的羧基官能化纤维素隔膜在钠金属电池中的应用。该隔膜具有强偶极矩，可诱导P-F键的裂解，构建富含NaF的固体电解质界面，提高SEI稳定性，从而提升电池的电化学性能。该隔膜可实现大规模连续化制备，在商业化应用中具有潜力。

关键观点总结

关键观点1: 钠金属电池的负极材料钠金属具有高理论比容量和低氧化还原电位，引起广泛关注。

钠金属电池的主要机制是充/放电过程中的钠电镀/剥离。

关键观点2: 钠负极存在体积膨胀、枝晶生长等问题，导致界面稳定性差，短路和安全性问题。

这些问题对钠金属电池的安全性、性能和寿命有重大影响，阻碍着钠电池的进一步发展。

关键观点3: 东华大学团队开发的羧基官能化纤维素隔膜具有强偶极矩，可诱导P-F键裂解，构建富含NaF的SEI，提高SEI稳定性。

该隔膜通过吸引电子阻止有机溶剂的还原，抑制有机低聚物的形成，提高电池的电化学性能。

关键观点4: 相比传统隔膜，纤维素隔膜在多个关键性能上展现出更优越的特性，如来源丰富、耐热性能佳、润湿性能优、孔隙结构理想、可持续性强等。

该隔膜可实现大规模连续化制备，在商业化应用中具有潜力。

关键观点5: 使用OC隔膜的Na||Na对称电池能稳定循环1400小时，证明了该隔膜的界面稳定性。

Na|OC|Cu电池的平均库伦效率为98.4%，较低成核过电位和更小极化电压显示了OC隔膜优异的性能提升。

文章预览

钠金属作为一种负极材料时，具有1165 mAh g −1 的高理论比容量和−2.714 V的低氧化还原电位，因此，钠金属电池（SMBs）在学术界引起了广泛关注。SMBs 工作的主要机制是充/放电过程中发生的钠电镀/剥离。然而，浓度极化和局部电流密度分布不均导致钠负极体积膨胀和不受控的枝晶生长，最终使界面稳定性变差，引起短路。此外，钠负极会与有机电解质反应，导致形成富含有机成分的松散固体电解质界面（SEI）层，具有较大的界面阻抗。不稳定的SEI容易分解，暴露出新鲜的钠金属，随后消耗额外的电解质，直到完全耗尽。隔膜作为关键部件之一，严重影响着钠金属负极处的电镀/剥离行为。传统的非极性聚烯烃隔膜与极性碳酸酯电解质的相容性较差，导致动力学缓慢，从而导致低离子传输和不均匀的钠沉积。上述问题对钠金属电池的安全性、性能和 ………………………………