前沿进展|深圳理工大学王大伟/方若翩教授团队在无负极钠金属电池方面取得进展

“ 近日，深圳理工大学王大伟/方若翩教授团队在无阳极钠金属电池方面取得进展。研究团队在国际著名学术期刊JACS发表题为“Interphasial Catalytic Anion Reduction for Stable Anode-Free Sodium-Metal Batteries”的研究论文。其中，Lin qiao-wei博士为论文第一作者，王大伟讲席教授和方若翩助理教授共同为文章通讯作者。”

文章指出，一直以来无负极钠金属电池因为其具备高能量密度、可持续性和成本低廉等特点而广受关注。但是，这类电池由于负极没有钠存储，会导致电池循环稳定性下降，因此需要改进这类电池的固体电解质界面（SEI）。目前行业普遍采用含氟溶剂和高浓度盐来稳定电解质界面，但是由于一直受成本和环境影响的限制影响了实际应用。

基于此，研究团队展示了一种界面催化阴离子还原效应，这种效应可以有选择性地形成富NaF的稳定SEI，从而改善这类电池的循环性能。研究团队发现，丙二酸作为一种分子电子转移促进剂，可以通过偶极矩效应加速阴离子还原动力学，然后选择性地降低P-F键的解离能。这个过程会在在固态电解质界面中形成富集的无机氟化钠，从而提高其循环稳定性。

这种ICAR策略可以使得钠金属镀/剥闪的平均库仑效率在1000个循环中达到99.95%，同时还使得高负载正极AFSMB在300个循环中每循环容量衰减仅为0.11%，并可以提供212Wh/kg的3-Ah铜箔电池。该项性能数据已经超越此前大多数已有的报道。

国内外无负极钠电池解决循环稳定性衰减的技术路线梳理

目前全球人员解决AFSMBs电池循环稳定性下降的技术路线主要有四大类：

1.电解液工程（全球主流，也是最早规模化研究）

该方案核心逻辑是重构钠离子溶剂化结构，定向生成富氟化钠无机刚性SEI，从而抑制溶剂持续分解，减少钠损耗。

欧美和日韩早期主要采用高浓度/局部高浓度氟盐电解液，如NaPF₆、NaBF₄、NaFSI 等氟钠盐。但是该方案存在氟试剂成本高、毒性大等缺点，难以产业化。现在国外研究人员主攻固态/准固态聚合物电解液，采用聚合物陶瓷微复合电解质。

国内普遍采用功能型小分子添加剂，如含氟/含磷等有机添加剂和有机酸分子促进剂。相较于国外路线，该方案具备价格低廉等优势。

2.集流体界面改性

该方案目前主要以国内中南大学、武汉大学、复旦大学等团队为主。包括做亲钠图层改性、三维多孔集流体结构设计和金属晶界调控。核心逻辑是通过基底修饰降低成核能垒，均匀钠离子通量。

3.人工预构筑SEI膜

该方案美国伯克利大学和国内中科院体系在同步研究。核心思路是咱电池预装前，预先在集流体表面制备一层超薄且富含氟化钠等人工固态界面层。该方案由于从源头避免了钠直接与电解液反应，确实可以大幅提升库仑效率。

4.隔膜改性+原位补钠叠加策略

该技术路线一方面做隔膜功能图层，一方面做吸附型功能隔膜，国内外研究均证实该方案可将电池循环寿命提升50%以上，即使在低温条件下也能同步改善。

最后，再次祝贺深圳理工大学王大伟/方若翩教授团队在无负极钠金属电池方面取得进展！