得益于鈉高的地殼豐度(2.3 wt%)、較高的理論容量(1165 mAh g-1)及較低的氧化還原電位(-2.71 V)，鈉離子電池(SIBs)被認(rèn)為是后鋰時(shí)代具發(fā)展前景的一種電網(wǎng)級(jí)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。然而，SIBs在低溫下，特別是在-20°C以下，容量低衰減快，其性能提升仍然是極端環(huán)境部署的迫切需求。大體上，影響鈉離子電池低溫性能的因素主要包含以下四方面：(1)電解液內(nèi)部的離子傳輸；(2)電極-電解液界面的去溶劑化過(guò)程；(3)電極-電解液界面內(nèi)部的離子傳輸；(4)電極材料內(nèi)部的電子和離子傳輸。值得注意的是，界面Na+去溶劑化過(guò)程對(duì)低溫更敏感，主導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移阻抗，是影響電池性能的限速步。電解液的去溶劑化能取決于Na+-陰離子和Na+-溶劑分子的競(jìng)爭(zhēng)配位，因此調(diào)控電解液的溶劑化化學(xué)是加速去溶劑化過(guò)程、提升SIBs低溫性能的關(guān)鍵。雖然鹽濃度和弱配位溶劑對(duì)內(nèi)溶劑化構(gòu)型的調(diào)控是行之有效的，陰離子對(duì)溶劑化行為的作用同樣不可忽視。深入解析Na+，陰離子和溶劑分子的溶劑化化學(xué)對(duì)低溫SIBs性能的提升至關(guān)重要。

圖1. Na+溶劑化化學(xué)。（A）常見(jiàn)陰離子的DN值；（B）Na+-陰離子的結(jié)合能；（C-E）各電解液Raman譜圖及自由G2、配位G2的占比；（F）23Na NMR譜圖及（G）各組分配位數(shù)

近日我院碳中和技術(shù)創(chuàng)新研究院李林團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南開(kāi)大學(xué)李福軍教授在國(guó)際權(quán)威期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America上發(fā)表題為“Regulation of Anion-Na+ Coordination Chemistry in Electrolyte Solvates for Low Temperature Sodium-Ion Batteries”的學(xué)術(shù)論文。文中選用高電子親和能力的陰離子三氟乙酸根(TFA-)調(diào)控1.0 M NaPF6-G2電解液中的溶劑化學(xué)。該全氟陰離子的DN值高達(dá)34.0 kcal mol-1，其強(qiáng)配位作用使其全部參與內(nèi)溶劑化鞘層，實(shí)現(xiàn)常規(guī)濃度下更多陰離子占據(jù)的溶劑化構(gòu)型。與1.0 M NaPF6-G2電解液相比，增強(qiáng)的TFA-和降低的G2配位的溶劑化化學(xué)加速了界面Na+去溶劑化行為，呈現(xiàn)出較低的去溶劑化能(40至-20 ℃：3.49 vs. 4.16 kJ mol-1；-20至-60 ℃：16.55 vs. 24.74 kJ mol-1)?？烧T導(dǎo)均勻穩(wěn)定的Na沉積，實(shí)現(xiàn)25 ℃下500圈99.9%的超高超穩(wěn)定的庫(kù)侖效率。同時(shí)，Na||Na3V2(PO4)3電池在-40 ℃下循環(huán)呈現(xiàn)出60.2%的室溫容量和100圈后99.2%的高容量保持率。這項(xiàng)工作為溶劑化化學(xué)調(diào)控助力高性能低溫鈉離子電池發(fā)展提供了新的見(jiàn)解。我院博士后周洵竹為第一作者，我院侴術(shù)雷教授，李林特聘教授以及南開(kāi)大學(xué)李福軍教授為共同通訊作者，相關(guān)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金，中國(guó)博士后科學(xué)基金及海河可持續(xù)化學(xué)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)室的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2316914121