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A New Electrolyte Formulation for Securing High Temperature Cycling and Storage Performances of Na‐Ion Batteries

Authors :
Guochun Yan
Mathieu Salanne
Jean-Marie Tarascon
Zhujie Li
Claudio Cometto
Kyle G. Reeves
Dominique Foix
Sathiya Mariyappan
Chimie du solide et de l'énergie
Collège de France (CdF)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux (IPREM)
Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Maison de la Simulation (MDLS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Laboratoire d'Electrochimie Moléculaire (LEM (UMR_7591))
Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Collège de France (CDF)
Collège de France (CdF)
National Natural Science Foundation of China. Grant Number: 51804344
European Project: 670116,H2020,ERC-2014-ADG,ARPEMA(2015)
Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie
Chimie du solide et de l'énergie (CSE)
Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Chaire Chimie du solide et énergie
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Source :
Advanced Energy Materials, Advanced Energy Materials, Wiley-VCH Verlag, In press, pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩, Advanced Energy Materials, 2019, 9 (41), pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩, Advanced Energy Materials, Wiley-VCH Verlag, 2019, 9 (41), pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩, Advanced Energy Materials, Wiley-VCH Verlag, 2019, pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

International audience; The Na-ion battery is recognized as a possible alternative to Li-ion battery for applications where power and cost override energy density performances. However, the increasing instability of their electrolyte with temperature is still problematic. Thus, a central question remains how to design Na-based electrolytes. Here, we report discovery of a Na-based electrolyte formulation which enlists four additives (vinylene carbonate (VC), succinonitrile (SN), 1, 3-propane sultone (PS) and sodium difluoro(oxalate)borate (NaODFB) in proper quantities that synergistically combined their positive attributes to lead a stable solid electrolyte interphase (SEI) at both negative and positive electrodes surface at 55 °C. Moreover, we rationalized the role of each additive that consists in producing specific NaF coatings, thin elastomers, sulfate-based deposits and so on via combined impedance (EIS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We demonstrated that empirical electrolyte design rules previously established for Li-ion technology together with theoretical guidance is a vital strategy in the quest for better Na-based electrolytes that can be extended to other chemistries. Overall, this finding, which we implement to practical 18650 cells, widens the route to the rapid development of the Na-ion technology based on the Na 3 V 2 (PO 4) 2 F 3 /C chemistry.

Details

Language :
English
ISSN :
16146832 and 16146840
Database :
OpenAIRE
Journal :
Advanced Energy Materials, Advanced Energy Materials, Wiley-VCH Verlag, In press, pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩, Advanced Energy Materials, 2019, 9 (41), pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩, Advanced Energy Materials, Wiley-VCH Verlag, 2019, 9 (41), pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩, Advanced Energy Materials, Wiley-VCH Verlag, 2019, pp.1901431. ⟨10.1002/aenm.201901431⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....daa7d96b76e15fce1a81b60fa2f4dd88
Full Text :
https://doi.org/10.1002/aenm.201901431⟩