『钠电』郑州大学 Nature Communications:双域溶剂锁定电解液,实现 4.5 V 级长效稳定钠金属电池
4.5 V 级高压钠金属电池能量密度逼近锂电，但电解液氧化失控、界面不稳定成为致命瓶颈：1）深度脱钠正极表面强亲电攻击，引发溶剂持续分解，生成富寡聚物疏松 CEI；2）电子隧穿无法阻隔，溶剂持续渗透，电解液快速耗尽、容量暴跌；3）传统碳酸酯电解液氧化稳定性＜3.4 V，4.5 V 下严重产气、副反应爆炸；4）正极 CEI 厚而不均、负极 SEI 脆裂，界面阻抗持续攀升，长循环完全失效。在工业碳酸酯体系中，实现高氧化稳定性、致密无机 CEI、双界面协同稳定，是 4.5 V 高压钠电池实用化核心难题。本研究首创双域溶剂锁定电解液（DDSLE）：以 NaDFOB 为功能添加剂，构建体相溶剂强化溶剂化 + 正极富阴离子界面层双稳定结构：DFOB⁻弱配位溶剂、强锚定 Na⁺，压缩溶剂化鞘、降低 HOMO 能量，提升本征抗氧化性；DFOB⁻优先吸附正极表面，优先氧化构建富硼化物 / 氟化物致密 CEI，禁带宽度＞6.2 eV，彻底阻隔电子隧穿；负极同步形成均匀富硼氟 SEI，实现 Na 可逆平整沉积。Na||NFS 纽扣电池 4.5 V 下 1000 mA g⁻¹ 循环16500 圈保持 88.2%，软包电池 500 圈保持93.9%。①策略原创：首次提出双域溶剂锁定机制，体相 - 界面协同稳定高压电解液；②机制突破：揭示DFOB⁻优先成膜→富硼氟宽禁带 CEI→电子隧穿阻断高压稳定新机制；③性能突破：4.5 V 超高电压下实现16500 圈超长循环，打破高压钠电池寿命纪录；④普适性：兼容 NFS、NVP、P2-TMO 等多类正极，工业电解液体系直接升级。图 1 DDSLE 电解液组成、溶剂化重构与传输性能。(a) 电导率、黏度与外观；(b,c) 原位 FTIR；(d,e) MD 模拟快照；(f) 配位数；(g) Na–O/F 键长；(h) HOMO 能级；(i) Na⁺迁移数；(j) NMR；(k) 拉曼溶剂化组分。1）最优配比：1 M NaPF₆+0.4 M NaDFOB，电导率与稳定性平衡；2）溶剂化鞘紧缩，EC/EMC 配位增强，PF₆⁻配位数降低；3）HOMO 降至 - 8.22 eV，SSIP 比例提升至 45.4%，抗氧化性大幅增强。图 2 正极界面相互作用与原位表征。(a) NFS HRTEM；(b) 电子密度图；(c) 界面对分布；(d) 吸附能与 HOMO；(e) EQCM；(f) 原位拉曼；(g) 原位 DEMS；(h) 气体产量统计。1）DFOB⁻吸附能 - 6.778 kJ/mol，远强于溶剂与 PF₆⁻；2）3.3~3.7 V 优先分解生成 B/P/O/F 无机物种，溶剂分解被大幅抑制；图 3 氧化稳定性、分解路径与电子结构关联。(a) LSV 曲线；(b) DFOB⁻分解路径；(c) 溶剂分解路径；(d) CEI 组分禁带与分解电压；(e) 漏电流对比。1）氧化窗口从 3.4 V 提升至5.1 V，满足 4.5 V 长效运行；2）富硼氟无机相禁带＞6.2 eV，电子隧穿阻挫能力最强；3）4.5 V 下漏电流降低34.6%~79.2%，界面稳定性质变。图 4 CEI 表征与力学稳定性。(a) XPS；(b) TOF-SIMS；(c,d) 静电势；(e,f) cryo-TEM 与厚度；(g) AFM 粗糙度；(h,i) EQCM 质量与耗散。1）CEI 富含 B–O、B–F、NaF，无机梯度致密结构；2）厚度仅 13.6 nm，粗糙度 0.64 μm，远优于 BE 体系；图 5 负极界面稳定机制。(a) 吸附能与 LUMO；(b) 原位光学显微；(c) SEI TEM；(d) XPS；(e) 元素深度分布；(f) 塔菲尔曲线；(g) 循环后 SEM。3）500 圈后 Na 表面仍平整，无枝晶、无腐蚀坑。图 6 全电池超长循环与软包性能。(a) 1000 mA g⁻¹ 长循环；(b) 性能对标；(c) 拆解电极与隔膜；(d) 60 ℃高温循环；(e) 软包电池循环；(f) 雷达图对比；(g) 多正极充放电曲线；(h) 循环与效率统计。1）4.5 V 下16500 圈保持 88.2%，每圈衰减仅 0.001%；2）软包电池 500 圈保持93.9%，能量密度 156.1 Wh kg⁻¹；3）兼容多类高压正极，库仑效率均提升至99.6%。本研究开创双域溶剂锁定全新电解液设计，一次性解决 4.5 V 级钠金属电池三大核心瓶颈：1）体相溶剂锁定：紧缩溶剂化鞘、降低 HOMO、提升电解液本征抗氧化性；2）界面阴离子锁定：DFOB⁻优先吸附分解，构建宽禁带富硼氟致密 CEI，阻断电子隧穿；3）双界面协同：正极稳定 CEI + 负极均匀 SEI，实现 4.5 V 超高压、16500 圈超长寿；4）基于工业碳酸酯体系简单升级，低成本、可量产、普适性强。该工作建立高压钠离子电池电解液双域调控全新范式，为长寿命、高比能、实用化钠金属电池提供关键解决方案。Dual-domain solvent-locked electrolyte enabled durable 4.5 V-class sodium batteries.Nature Communications, 2026; https://doi.org/10.1038/s41467-026-72849-z本文内容来源于学术研究论文，版权归原作者所有。转载旨在分享学术成果，仅供参考，不构成任何应用建议。如涉及作品内容、版权或其他问题，请及时联系处理。
