基于界面优化设计的高安全长循环固态钠电池研究

钠离子电池具有耐低温、高倍率、低成本等优势，但面临能量密度的不足的短板。通过电池体系的固态化，引入高比能电极材料可使钠电池能量密度提升至200Wh/kg以上，并与传统锂离子电池形成匹敌之势。

固态钠离子电池采用固体电解质取代传统有机电解液解决了电解液挥发和泄漏带来的燃烧和爆炸等安全问题。同时，固体电解质优越的机械性能和热/化学稳定性能改善电池寿命和稳定性及实现高能量正极与金属钠负极在固态钠离子电池中匹配使用；此外，固体电解质可实现电池设计简化，不需要额外的电解液容器或隔膜组件，从而提升电池的能量密度。

然而，固体电解质作为固态钠离子电池的核心材料，目前仍面临着室温离子电导率低、电化学窗口窄、与电极界面相容性差和接触差等问题。

因此，增强固体电解质的Na⁺电导率、界面兼容性、界面稳定性和降低界面阻抗是固态钠离子电池性能提升和商业化应用的关键。其中，正极与固体电解质界面阻抗主要源于接触不紧密、充放电过程中电极体积效应和空间电荷层等，界面稳定性问题主要表现为化学反应和界面元素相互扩散；而负极与SEs的界面问题主要为枝晶生长、界面接触差和界面兼容性差等。

针对上述问题，目前一般通过表面涂层改性、电极组成调控、引入界面夹层、设计新型电池结构等方法来降低SSBs界面阻抗和改善界面稳定性。

正极/固体电解质界面可以通过添加界面润湿剂、制备复合正极材料和复合固体电解质等方法来改善；负极/固体电解质界面则可以通过表面涂层改性、构建固体电解质界面层、柔性电解质夹层、复合负极材料来改善。

此外，固体电解质与电极材料一体式结构和界面原位固化是目前电极与固体电解质界面实现原子级接触的有效方法，可有效解决固态钠离子电池界面Na⁺传输性能差和热力学稳定性差等问题。

2024年10月29-31日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与柏德英思展览(上海)有限公司联合主办2024第二届钠离子电池材料技术研讨会。届时，来自上海大学的冯吴亮副研究员将作题为《基于界面优化设计的高安全长循环固态钠电池研究》的报告。固态钠电池的关键科学与技术问题均在于界面稳定性，本报告将从界面相调控、电极与固体电解质组分优化入手，介绍提升界面稳定性的重要策略。与此同时，结合钠枝晶生长、活性钠消耗、高阻抗等行业痛点，提供优化设计思路，为构筑高安全、长循环，并同时兼具高比能特征的固态钠电池提供设计与发展思路。

专家简介：

冯吴亮，男，上海大学副研究员，eScience、CarbonNeutralization期刊青年编委。曾就职于中国航天科技集团，从事动力型锂离子电池及固态电池电芯研发一职，2022年加入上海大学理学院。主要研究方向为固态锂/钠电池、锂/钠离子固体电解质、金属锂/钠负极等。目前已在《德国应用化学》、《美国化学会》、《先进材料》等国际知名期刊发表学术论文50余篇；五项国家发明获授权；主持及参与国家级、省部级以及校企联合项目十余项。

参考来源：杨冬荣等《全固态钠离子电池及界面改性》、翁伟《钠离子硫化物固体电解质的制备和电化学性能研究》等

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