内容简介
钠离子电池（SIBs）被认为是大规模储能的有力候选者，具有成本效益和丰度大等优点。
高库仑效率、稳定的循环性能和高倍率性能的SIBs的发展离不开可靠的电解液作为调节电化学反应行为以及界面和电极性质的离子导体。
传统的碳酸酯基电解液由于形成了可溶解的、不断增厚的固体电解质界面层（SEI），与电极的稳定性较差，在SIBs中的应用遇到了不少障碍。
相比之下，醚基电解液（EBEs）具可改善电池的独特性能，尤其对于SIBs。它们稳定的溶剂化结构使得高度可逆的溶剂共插层反应和形成薄而稳定的SEI成为可能。
然而，尽管EBEs可以在电极中提供更稳定的循环和快速的动力学，这受益于它们有利的电解液/电极相互作用，例如化学相容性和良好的润湿性，但它们的特殊化学性质仍需进一步研究。
北京理工大学吴锋院士、吴川教授等人对EBEs的发展史、性质、优势、作用机理及其在其他电池系统中的研究进展进行了全面的综述，论文发表在Chemical Society Reviews上。
图片来源：Chemical Society Reviews
研究背景
目前，已开发出多种电解液体系，包括有机电解液、离子液体、水性电解液和固体电解质。其中，有机电解液离子电导率高、电化学稳定电压范围宽、具有稳定性固体电解质界面（SEI）和良好的电极相容性。醚基电解液（EBEs）和碳酸酯基电解液（CBEs）是有机电解液的两大类。
图片来源：Chemical Society Reviews
我们对电解液影响电池性能的四种途径进行了分类，如下图所示。电解液可以通过其固有的物理化学性质和参与电化学反应（路径1和2）直接影响电池的性能。此外，电解液还可以通过影响SEI和电极（路径3和4）来间接影响电池的性能。
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醚基电解液的特征
首先我们要系统地研究醚基电解液的基本特征，这些特征与醚基电解液优异的性能及其机理密切相关。
一般来说，SIBs中的电解液应满足以下要求：
1.电导率，高离子电导率(10-3 S/cm)是实现快速离子传输和高倍率性能的必要条件；
2.电化学稳定性，电解液的电化学稳定窗口应足够宽，以避免其连续分解，并为电池提供稳定的运行环境；
3.化学稳定性，包括溶剂、盐和添加剂在内的电解液物种与活性物质和中间体在化学上应该是惰性的，否则会产生严重的副反应，导致电池失效；
4.SEI的形成，形成薄、致密、均匀的SEI可以极大地提高电池的循环稳定性和倍率性能；
5.热稳定性，电解液的安全性可以通过热稳定性和不可燃性来评价。
图片来源：Chemical Society Reviews
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醚溶剂一般由线型醚溶剂和环状醚溶剂组成。然而，由于环醚具有较高的化学反应活性，在SIBs中的应用很少。因此，本文综述了醚基电解液中的醚类溶剂主要是直链醚类，包括DME、DEGDME、TrEGDME和TEGDME。
醚基电解液中常用的盐包括NaPF6、NaClO4、NaTFSI、NaCF3SO3和NaBF4。
关于醚基电解液中添加剂的研究相对较少，仅有FEC（氟代碳酸乙烯酯）和碳酸亚乙酯（VC）。
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总结
电解液通过调节界面化学和电解液-电极之间的相互作用，对提高电池的储能性能起着关键作用。
在SIBs中，传统的碳酸酯基电解液容易在电极表面形成可溶解的SEI，并且与石墨、合金化阳极、金属硫化物和金属硒等电极的相容性较差，导致容量衰减、库仑效率低和低倍率性能。
醚基电解质可以形成高质量的SEI，并与电极表现出良好的兼容性，使反应具有高度可逆性和快速反应动力学。
总体而言，醚基电解液具有较高的离子电导率，相对较低的氧化电位，特别是优越的还原稳定性。
通过比较不同的醚溶剂和钠盐的性质和溶剂化效果，作者认为DEGDME（NaCF3SO3）是最合适的电解液，因为它具有高稳定性、高离子导电性和良好的SEI形成能力。
值得注意的是，醚基电解液的添加剂和浓度的优化研究较少，需要更多的科学关注。
此外，作者关注了溶剂在碳材料中的共嵌入行为。综述了溶剂共插层石墨、软碳和硬碳材料的性能、行为、机理和条件。
最后，作者分析了醚基电解液的化学、界面特性、电极性能和电池性能之间的关系。
1.醚基电解液可以调节电极上薄的、富含无机物的SEI的形成，从而使电极具有较高的ICE（初始库伦效率）、稳定的循环和高倍率能力。此外，一般认为，在首次放电过程中，钠盐优先分解形成坚固的无机内层，而乙醚溶剂的分解产物构成有机层外层。层状SEI具有良好的力学性能，可以在循环过程中保持电极的结构稳定性。此外，其SEI表现出低的电荷迁移扩散能垒，并能增强界面电荷转移动力学。
2.由于乙醚溶剂的饱和键，醚基电解液与电极表现出极好的兼容性。可以有效地抑制电解液与电极之间的副反应，有利于稳定、可逆的储钠反应。此外，稳定的溶剂化结构使碳电极的可逆溶剂共嵌入机理成为可能。Na+/石墨烯的弱相互作用促进了碳电极在醚基电解液中的赝电容主导行为，这有助于离子的快速扩散和高倍率能力。
附：
参考文献
Li Y, Wu F, Li Y, et al. Ether-based electrolytes for sodium ion batteries[J]. Chemical Society Reviews, 2022.
文献链接
https://doi.org/10.1039/D1CS00948F
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