西安交大金属材料强度全国重点实验室在无负极钠电池方面取得新进展

钠离子电池凭借资源丰富、成本低廉和安全性潜力，成为储能及动力等领域的重要技术路线，但偏低的能量密度以及硬碳负极带来的成本问题仍是其产业化必须面对的现实约束。面向更高能量密度需求，无负极钠电池通过省去预置负极材料，让正极侧的钠离子在充电时直接沉积在集流体上，从而减少电池的重量和体积，进一步提升电池的整体能量密度和降低电池成本。但是，其实际应用受到循环过程中不可逆钠损失的限制，导致电池循环寿命受到很大限制。

针对以上问题，西安交大材料学院金属材料强度全国重点实验室微纳尺度材料行为研究中心的薛伟江教授课题组，提出了一种基于1, 3-二氧六环（DOX）醚的“界面可控聚合”电解液分子设计策略（图1），通过同时促进高度可逆的钠沉积并抑制电解质分解，从而缓解活性钠损失，推动无负极钠金属电池实现长循环和宽温域工作。具体而言，DOX与Na⁺之间的弱配位作用促进Na⁺的脱溶剂化及可逆的钠沉积，而可控的DOX界面低聚行为则衍生出薄而稳定的固态电解质界面，该界面既抑制了电解质的持续分解，又稳定了钠的沉积/剥离过程。在正极载量高达到20 mg cm⁻²条件下，300 mAh容量的软包电池循环1400次后仍可保持约80%的初始容量；即使在−40 ℃低温环境中，电池仍可保持约88%的容量，显示出良好的低温工作能力（图2）。这项工作为开发高比能、长寿命的无负极钠电池提供新的电解液设计思路，也为低成本、高能量密度储能技术的发展带来新的可能。

图1 DOX“界面可控聚合”电解液分子设计策略

图2 基于“界面可控聚合”电解液的无负极软包钠电池的电化学性能

以上工作以《可控低聚策略实现稳定循环的无负极钠电池》（Stable anode-free sodium batteries enabled by controlled oligomerization）为题发表于能源材料领域著名期刊《自然能源》（Nature Energy），并同步被韩国科学院院士、英国皇家化学学会会士Yong-Mook Kang教授以“Directing solvent reactivity”（可控溶剂反应性）为题亮点评述。薛伟江教授课题组成员丁水涔、陈溪洁、姚振、中国科学院物理所郝蒙迪为论文共同第一作者，中国科学院物理所胡勇胜研究员和薛伟江教授为论文共同通讯作者。本工作还得到国家自然科学基金、西安交通大学材料学院微纳尺度材料行为研究中心、分析测试中心、西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台（中心）、清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室，景德镇陶瓷大学、上海同步辐射光源、上海交通大学、中国科学院青岛生物能源与过程研究所等单位的鼎力支持。

薛伟江教授自2022年入职以来，提出了一系列新型电解质分子结构设计，并将其运用到钠离子电池、高比能金属锂电池、高比能硅碳负极锂离子电池等领域。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41560-026-02154-y

亮点评述链接：

https://www.nature.com/articles/s41560-026-02150-2

薛伟江主页：

https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xueweijiang