硬碳材料的电化学性能与钠离子电池中使用的电解液密切相关。传统的碳酸酯基电解液具有较低的ICE和较差的速率性能，这是限制硬碳材料实际应用的主要瓶颈之一。目前的研究表明醚类电解液（Diglyme）能够提高硬碳材料的速率性能。然而，其优异倍率性能的潜在作用机制仍缺乏深入的研究。鉴于此，本论文着眼于动力学特性，通过实验分析结合相应的理论计算来更全面地揭示了硬碳负极在不同电解液（酯或醚）中动力学传输的差异和储钠性能之间的内在联系。

上海大学赵玉峰、张久俊课题组逐层解析了硬碳材料在醚和碳酸酯基电解液中的钠离子扩散过程的差异。首先，通过MD模拟和实验表征的结果表明当钠离子在电解液中扩散时，钠离子在醚类电解液中的扩散系数会比在酯类电解液中的扩散系数高2.5倍左右。而当溶剂化的钠离子扩散到SEI界面以及硬碳材料内部时，增强的电荷转移动力学（薄的SEI层（4.6 nmvs 12 nm）和低的R_SEI（1.5 Ω vs 24 Ω））以及在SEI界面处低的脱溶剂化能（0.248 eV）赋予了硬碳材料在醚类电解液中高的倍率性能和良好的循环稳定性。因此，高扩散系数、低脱溶剂化能和良好的界面是乙醚电解液速率性能提高的内在原因，这也能够对其他高速率电解液的设计提供一定的指导。

图1. (a)Na⁺和6个EC，4个DEC，2个EC-2 DEC和2个Diglyme分子的溶剂化结构。(b)脱溶剂化能。(c)计算1M NaPF6 EC-DEC的ESP。(d)计算1M NaPF₆的ESP。(e)1M NaPF6 EC-DEC的快照图。（f)1M NaPF₆的快照图

图2. （a）PRHC-1300在Diglyme和EC-DEC电解液中的初始GCDs曲线。（b）PRHC-1300的速率性能（0.05至20 A g^-1）。PRHC-1300在Diglyme（c）和EC-DEC（d）电解液中的充放电曲线。（e）在Diglyme中0.05-20A g^-1电流密度下平台区容量和斜坡区容量。（f）0.05至20 A g^-1下电荷曲线的统计结果。（g）0.05至20 A g^-1下的平台区容量和斜坡区容量的统计结果，（h）PRHC-1300的长循环稳定性。

图3. PRHC-1300电极的电化学数据分析：（a）0.1 mV s^-1下的CV。PRHC-1300在Diglyme（b）和EC-DEC（c）电解液中的CV曲线（电势扫描速率为0.1-2.0 mV s^-1）。（d）CV曲线中的电位极化。（e）由CV曲线的峰值得到的b值（斜率）。PRHC-1300在Diglyme（f）和EC-DEC电解液（g）中不同扫描速率下的电容和扩散存储的归一化容量贡献比。（h）在不同电解液的EIS谱。（i）EIS拟合的等效电路。

图4. PRHC-1300在Diglyme（a）和EC-DEC（b）中的原位EIS曲线。（c）EC-DEC和Diglyme电解液循环过程中R_SEI和R_ct的演变。（d）GITT曲线。（e-f）Na⁺表观扩散系数。

图5. （a）硬碳负极在Diglyme循环后的XPS谱图。（b）硬碳负极在EC-DEC循环后的XPS 谱图。（c）在Diglyme中循环 1000 次后电极的SEM图。（d）在 EC-DEC中循环1000次后电极的 SEM图。（e）在Diglyme和EC-DEC（f）中循环1000次后电极的SEM图。

图6.硬碳材料在Diglyme和EC-DEC电解液中的Na快速存储动力学示意图。

通讯作者：赵玉峰，上海大学理学院教授/博士生导师、英国皇家化学会会士（Fellow of Royal Chemical Society, FRSC)。获河北省自然科学一等奖、Nano Research新锐青年科学家奖、入选河北省高校百名优秀创新人才支持计划，河北省三三三人才工程。主持河北省杰出青年基金、国家自然科学基金、上海市科委2020“科技创新行动计划”、上海大学高水平人才启动经费、上海市自然科学基金以及企业合作项目等多项科技项目。迄今为止在Adv Mater、AngewChem、Nat Commun等国际期刊发表SCI收录论文160余篇；申请国家发明专利30余项。

第一作者：殷秀平博士，2022.06毕业于上海大学理学院&可持续能源研究院，研究方向主要为高性能钠离子电池硬碳基负极材料的设计开发，电解液的调控，储能机理的研究及其在能量储存与转换领域的应用。

Yin X, Wang Z, Liu Y, et al. Insight into the influence of ether and ester electrolytes on the sodium-ion transportation kinetics for hard carbon. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5793-9.