新闻资讯
NEWS CENTER
21
2026
-
09
JACS！胶束封装溶剂化结构：阻燃钠电电解液如何实现长循环与高安全
作者：
钠离子电池依托钠资源储备充足和原材料成本可控，被广泛应用于电网侧与工商业储能。现有体系多数继续使用碳酸酯类导电介质，这类介质在过充、内短路或热扰动下容易发生燃烧，并在正极侧形成不稳定钝化层，导致阻抗增长和容量衰退。为降低起火风险，磷酸酯类阻燃介质受到关注，但其对硬碳负极的还原耐受性较弱，低盐和常规配方下溶剂易持续分解。提高盐浓度可让FSI⁻等阴离子进入钠离子的配位环境，形成阴离子参与型离子—溶剂结构，促使负极界面生成以氟化钠为主的无机层，从而抑制有机磷酸酯还原。但高浓度方案会带来盐成本高、液体黏稠、极片和隔膜浸润困难等问题。局部高浓度思路加入稀释剂以降低总体盐量，却要求稀释剂与原溶剂充分混溶；若采用含氟醚类，会涉及毒性、环保和价格约束，若采用低极性阻燃剂则两相分离明显。因此，需要在不依赖传统含氟稀释、不改变阴离子配位优势的前提下，重构液相微观组织，兼顾阻燃、低黏、浸润和长寿命。
在这项研究中，研究人员提出以表面活性剂构建微乳液导电介质的方案，选取NaFSI与磷酸三甲酯组成极性相，以乙氧基五氟环三磷腈作为低极性阻燃稀释相，引入磷酸三丁酯承担两亲桥接作用。近日发表于Journal of the American Chemical Society的论文显示，磷酸三丁酯的极性与非极性片段分别靠近溶剂和稀释相，形成纳米级胶束，把高浓度类型的阴离子参与配位区封装在分散相内部，使外部整体保持低黏和高润湿。核磁共振与拉曼结果证明，胶束内FSI⁻与钠离子保持强配位，接触离子对和聚集态比例显著高于低浓度对照；分子动力学模拟给出FSI⁻配位数约2.76，磷酸三甲酯集中于胶束核区，磷腈稀释剂基本不进入配位鞘层，磷酸三丁酯仅弱配位并富集于界面。物理测试表明该介质在－40℃不分相，点火不燃，60℃与金属钠接触一周无显著反应，电导率高于传统高浓度液，对聚丙烯隔膜接触角更小。半电池中硬碳*库仑效率85.2%，可逆容量约296.5mAh/g，500次保持98.8%；NFPP正极800次保持99.8%。Ah级硬碳/NFPP软包*效率89.2%，700次保持90.7%，能量密度约105Wh/kg，0℃与－20℃容量分别为室温的89.7%和81.3%；穿刺后点火仍维持电压。XPS与TOF-SIMS显示负极界面富NaF、磷酸酯分解产物少，说明胶束内配位结构诱导阴离子优先成膜，从而降低持续副反应。
该方案的价值不在于简单提高盐浓度或更换单一溶剂，而是通过胶束把“配位结构”和“整体传输性质”分开调控。传统局部高浓度体系要求稀释剂与极性溶剂天然互溶，低极性阻燃剂往往难以直接使用；微乳液用两亲分子在界面定向排布，使阻燃磷腈作为连续外相存在，极性NaFSI/磷酸三甲酯作为离散内相存在，既保留阴离子参与配位带来的硬碳兼容性和富氟界面，又避免高浓度液体的高黏与差浸润。从机理看，FSI⁻优先分解形成无机占比高的钝化层，是硬碳高*效率和长循环的核心；从工程看，低可燃、宽温不分相、对钠金属温和，使安全裕度不仅体现在软包点火测试，也体现在储存和热扰动场景。NFPP等聚阴离子正极的高保持率、多种钒基材料兼容结果，进一步说明该介质不依赖某一电极化学。后续若能将该胶束设计扩展至无氟稀释剂、低价格钠盐和卷对卷极片工艺，可望在储能用钠离子电池中形成可放大的高安全电解液路线。整体结果表明，微乳液结构调控能够同时解决阻燃、混溶、界面和循环之间的矛盾，对替代碳酸酯体系具有明确参考价值。
原文：https://mp.weixin.qq.com/s/-4wvVFLcIAwyrIcNFFjjjQ
相关新闻
