文章导读
你正在为钠离子电池的低温性能和电压瓶颈发愁，实验室数据总在极端环境下“掉链子”，产业化的路似乎总差临门一脚。大多数研究都在拼命优化电极材料，却忽略了电解液这个“沉默的瓶颈”——它要么在低温下凝固罢工，要么在高电压下分解失控。西安交大团队这次从分子骨架下手，设计了一个结构“不对称”的磺酰胺分子，直接把电解液的凝固点打到了零下86度。但更关键的是，这个看似微小的分子扭曲，竟然同时在4.2V高电压下构建出了前所未有的稳定界面。当别人还在权衡取舍时，他们的Ah级软包电池已经在零下70度的极寒和4.15V的高压下同步通过了验证。这背后颠覆性的溶剂化结构调控逻辑，或许正是破解“宽温域”与“高电压”不可兼得魔咒的那把钥匙，你想知道它是如何同时“欺骗”了热力学和电化学的吗？
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随着储能和动力电池技术的快速发展，钠离子电池因其资源丰富和成本优势，成为锂离子电池的重要补充体系。然而，钠离子电池在高电压（≥4.2 V）和极端温度（如−60 °C及以下）条件下仍面临严峻挑战：高电压下电解液易发生氧化分解，导致界面不稳定；低温下溶剂分子取向受限、离子–偶极相互作用增强，使离子传输动力学显著恶化。这些问题在高负载软包电池中更加突出，严重制约其实际应用与规模化发展。
针对上述关键科学问题，西安交大材料学院金属材料强度全国重点实验室微纳中心薛伟江教授课题组提出了一种基于“分子不对称结构设计”的新型磺酰胺电解液分子——N-乙基-N-甲基三氟甲磺酰胺（EMTMSA）。通过在磺酰胺分子中引入不对称烷基取代基，打破凝固时分子晶体的规则堆积，使其熔点降低至−86 °C，从分子层面实现低温流动性与高电压稳定性的协同优化。同时，该分子保留了类盐结构特征，在溶剂化结构中诱导形成以接触离子对和聚集体为主的溶剂化鞘，氧化还原分解时促进构建富无机、低阻抗稳定界面。
基于该分子构建的电解液在Ah级软包电池中展现出优异的综合性能：在4.2 VNa高截止电压下循环1000圈后容量保持率达81.6%，在4.15 VNa条件下循环1500圈后容量保持率达90.0%；在极端低温下仍保持优异放电能力，在−60 °C和−70 °C下分别可维持69.8%和42.3%的室温容量。同时，该电解液显著提升电池的高温稳定性与热安全性能，延迟热失控触发温度，实现宽温域（−70 °C至60 °C）稳定运行。
值得一提的是，薛伟江教授2020年首次提出并设计了新型氟磺酰胺电解质分子，并将其运用到高比能金属锂电池、高比能硅碳负极锂离子电池、钠离子电池等领域。这是氟磺酰胺类分子的第10篇文章，该研究从分子设计层面揭示了通过调控离子–偶极相互作用与溶剂化结构，实现高电压稳定性与低温动力学兼容的内在机制，系统展示了从分子设计、溶剂化结构调控到软包电池验证的完整研究路径，对推动钠离子电池在极端环境与高能量密度场景下的实际应用具有重要意义。
上述成果以《非对称磺酰胺分子设计实现高电压、宽温域钠离子软包电池》《Asymmetric sulfonamide design enabling high-voltage sodium-ion pouch cells in wide temperature》为题发表在国际著名期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。西安交通大学金属材料强度全国重点实验室为论文第一通讯单位，西安交通大学材料学院博士四年级学生崔新科为第一作者，材料学院薛伟江教授为通讯作者。该工作得到国家重点研发计划的资助和西安交通大学材料学院微纳中心和分析测试中心的鼎力支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-70592-z
薛伟江教授主页：
https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xueweijiang
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