钠离子电池（SIBs）因其资源丰富、成本低、安全性较好等优点被认为是大规模电化学储能的优选体系之一，其稳定运行除了对电极材料有本身的特性要求外，在很大程度上也依赖于电极/电解液界面性质。近期，对不同电极上由电解液分解所衍生的固体电解质界面层（CEI、SEI）的研究已经吸引了极大的关注，并有系列从电解液成分、电极结构和表征技术等方面对界面化学理解和优化的结果被报道。然而，从全电池组装的视角如何协同构建正负极材料的高效稳定界面，是本领域目前的一个巨大挑战。因此，在对钠离子电池界面进行合理设计和性能优化时，从半电池到全电池的全面理解和解决方案思考对该体系的发展具有重要意义。近日，郑州大学陈卫华教授（通讯作者）等，结合钠离子电池界面相关研究进展及团队前期成果，在Cell Reports Physical Science上发表题为“Advances in electrode/electrolyte interphase for sodium-ion batteries from half cells to full cells”的综述文章。
图1 钠离子全电池中不同的正负极材料及其形成的界面相。文中，作者基于目前最具应用前景的有机液体电解液体系，总结了不同正极、负极上固体电解质界面层的形成机制、结构模型及所形成的界面层特性（组分、厚度、均匀度、结构等）（图1），讨论了这些特性对钠离子全电池界面兼容性及电化学性能的关键影响。面向钠离子全电池构建，介绍了改善全电池界面兼容性的几种策略，包括负极/正极表面工程和电解液调控（图2），指出了当前界面兼容性提升所面临的挑战，并对未来发展方向进行了展望：(1) 深入研究不同钠离子电池电极材料在更多样化的电解液体系中形成的固体电解质界面层及其稳定性，积极在全电池中开展对正负极界面层的同步评估。(2) 精准构筑钠离子电池电极材料表面结构，联动调控电极材料表面特性和电解液界面反应动力学。(3) 理性设计和构建优选电极材料的人工固体电解质界面，实现高安全宽电压范围钠离子电池电解液匹配。(4) 发展新型钠离子电池电解液体系，实现正负极材料表面固体电解质界层协同优化匹配。(5) 借助理论和多尺度模拟计算，阐明或预测钠离子电池界面反应及动态演化机制。(6) 开发先进的原位表征方法，揭示钠离子全电池中的界面化学，准确识别界面层的成分、结构和力学性能极其演变。图2 钠离子全电池中兼容性界面设计的有效策略及挑战。Jiyu Zhang#, Jingjing Gai#, Keming Song, and Weihua Chen*. (2022). Advances in electrode/electrolyte interphase for sodium-ion batteries from half cells to full cells. Cell Reports Phys. Sci., 100868.
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100868
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