鈉離子電池憑借其資源豐富、成本低廉等優勢，在大規模儲能領域展現出廣闊應用前景。然而，可燃性電解液引發的安全隱患一直困擾著實用鈉離子電池的發展。磷酸酯電解液因其優異的非可燃性能夠降低該風險，但溶劑介電常數與結合能等參數對磷酸酯體系中鈉離子-陰離子相互作用的協同作用機制尚未明晰，導致現有設計始終難以兼顧高離子電導率與穩定的界面化學特性。因此，闡明溶劑關鍵特征參數對電解液性能的影響機制，開發兼具高安全性、高離子電導率和低成本的磷酸酯電解液，對推動鈉離子電池的產業化應用具有重要科學價值與實踐意義。
圖1. 已報道的非可燃磷酸酯電解液的設計理念、Na+溶劑化結構及電解液特點
今日，華中科技大學的謝佳教授團隊通過在磷酸酯電解液中摻入不同極性和與Na+具有結合強度的調控溶劑，研究了溶劑的介電常數（DC）和結合能（Ea）對Na+和陰離子之間相互作用的影響，平衡了界面化學和高離子電導率，揭示了一種設計實用磷酸酯電解液的先進策略。
圖2. 非可燃磷酸酯電解液的設計理念及軟包電池性能
研究人員選用磷酸三乙酯體系為例，通過引入多種不同類型的調控溶劑，系統研究了電解液溶劑化結構的變化規律，建立了電池性能與電解液微觀結構的構-效關系。結果表明，加入高DC和中等Ea的溶劑通過誘導形成富陰離子的溶劑化結構穩定負極界面，同時溶劑的高DC促進鹽解離，使電解液獲得高離子電導率。以碳酸丙烯酯為例將其作為調控溶劑摻入磷酸三乙酯體系中，獲得了成本低且離子電導率高達6.22 mS cm-1的非可燃磷酸酯電解液。1.25 Ah的硬碳（HC）|NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2（NFM）軟包電池實現5C倍率的高功率放電，并在2C倍率下循環700次后實現87.1%的容量保持率。此外，能量密度高達152.3 Wh kg-1的6.61 Ah HC|NFM軟包電池在針刺過程中不冒煙且無體積膨脹。該研究工作提出了一種設計實用磷酸酯電解液的先進策略，為開發低成本、高安全和高功率的鈉離子電池提供了新的見解。
論文信息
Designing Low-Cost High-Conductivity and Nonflammable Phosphate Electrolytes Toward High-Energy Sodium-Ion Batteries
Mengchuang Liu Fenfen Ma, Wei Liu, Ziqi Zeng, Yuanke Wu, Prof. Xin Chen, Prof. Shijie Cheng, Prof. Jia Xie
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202502745
