郭课题组开发出绿色高效钠离子电池补钠添加剂

提升钠离子全电池循环稳定性和能量密度的关键在于抑制或者减少有限钠离子的不可逆消耗。针对上述问题，研究发现通过在正极引入补钠添加剂可以对上述不可逆消耗提供有效补偿。目前报道的正极补钠添加剂主要为无机化合物，且开发环保、成本低廉、无残留、容量高的正极补钠添加剂仍然是个挑战。

近日，在北京分子科学国家研究中心、中国科学院、国家自然科学基金委、博士后科学基金委和科技部的支持下，中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术实验室郭玉国课题组开发出了一种首圈容量高，利用率高，无残留，安全性和化学稳定性优异，环境友好，同时来源广泛，成本低廉，可操作性好的钠离子电池补钠添加剂Na₂C₂O₄。该研究通过优选导电添加剂的种类，将Na₂C₂O₄的氧化电位从传统Super P体系的4.41V有效降低到了科琴黑体系的4.11V，使其能更好的兼容大多数正极材料。这种降低得益于导电性的提高、极化的降低以及反应活性位点的增多。Na₂C₂O₄在化成充电时分解并释放出钠离子和气体，分解产生的气体在化成阶段即可除去，其理论容量接近400mA h g^-1，在0.2C电流密度下实际能发挥394.6mA h g^-1的比容量，利用率达到99%。在实际应用中，与未添加Na₂C₂O₄添加剂的全电池相比，含有Na₂C₂O₄添加剂的全电池的容量和能量密度得到了明显提升。1C电流密度下经过200圈循环后容量保持率从63%提升到85%，而能量密度则从129.2提高到了172.6W h kg^-1。本研究开发出的补钠添加剂有望对钠离子电池走向实际应用提供有利保障。研究成果发表在近期的《Advanced Materials》上（https://doi.org/10.1002/adma.202001419）。通讯作者是殷雅侠研究员和郭玉国研究员，博士后牛玉斌和博士生郭玉洁为共同一作。 

图1 Na₂C₂O₄添加剂对钠离子电池容量或能量密度影响的直观比较