原位AFM探索钠离子电池溶剂依赖型石墨界面演绎过程（英文）

作者：张馨壬; **迎; 任增英; 谢科予^*; 叶谦; 徐飞^*; 刘兴蕊^*

来源：新型炭材料, 2022, 37(02): 371-380.

• 石墨阳极
• 原位原子力显微镜
• 钠离子电池
• 醚类电解液

石墨在碳酸酯基电解液中储钠活性很低，因此被认为不合适作为钠离子电池负极材料。而最近的研究表明，在以线性醚为溶剂的钠离子电解液中，石墨具有高的储钠容量和首圈库伦效率。因此，探索这种溶剂依赖型的石墨界面演绎过程具有重要的意义。本研究采用原位原子力显微镜（Atomic force microscopy,AFM）实时观测石墨在碳酸酯基和线性醚基电解液下的界面微观动态过程。结果表明：在线性醚溶剂下，石墨电极界面没有固体电解质界面膜（Solid electrolyte interphase,SEI）形成，且溶剂化钠离子可以在石墨层间进行可逆的插入和脱出，AFM结果从界面角度解释了其具有高初始库伦效率的内在原因。然而在碳酸酯溶剂中，可以观察到石墨电极表面出现明显的沉积物，对应SEI的生长；并且在充电过程中SEI逐渐减少，表明碳酸酯溶剂下形成的SEI不稳定，造成不可逆的容量损失和低库伦效率。此外，石墨表面未出现明显的台阶变化，反映了没有钠离子的脱嵌过程。上述研究结果为石墨负极界面反应动态过程提供了见解，从微观尺度揭示了溶剂依赖的石墨负极储钠行为及其界面反应机理，为高性能钠离子电池体系的设计与发展提供了理论依据。

• 单位
  凝固技术国家重点实验室; 材料学院; 中国科学院兰州化学物理研究所; 固体润滑国家重点实验室; 西北工业大学