摘要：室温非水系钠金属电池是低成本且安全的电化学储能的可行候选者。然而，它们表现出较低的比能和较差的循环寿命，因为使用传统的有机基非水电解质溶液会形成界面，无法防止正极和负极的降解。

室温非水系钠金属电池是低成本且安全的电化学储能的可行候选者。然而，它们表现出较低的比能和较差的循环寿命，因为使用传统的有机基非水电解质溶液会形成界面，无法防止正极和负极的降解。

2025年1月23日，马里兰大学王春生教授在国际顶级期刊Nature Nanotechnology发表题为《Salt-in-presalt electrolyte solutions for high-potential non-aqueous sodium metal batteries》的研究论文，Ai-Min Li为论文第一作者，王春生教授为论文通讯作者。

王春生，马里兰大学化学与生物分子工程系教授、CREB研究中心主任。1995年在浙江大学获得博士学位，随后在美国德州农工大学和田纳西理工大学担任教职，2007年开始在马里兰大学任教授。

王春生教授的研究工作主要集中在新型二次电池和燃料电池领域，已在Science、Nature、Nature Mater.、Nature Chem.、Nature Energy、Nature Nanotech.、Nature Comm.等顶尖期刊上发表论文。

在这里，为促进负极和正极上富含无机NaF界面的形成，作者提出了盐-预盐（Salt-in-Presalt, SIPS）电解液配方策略。

在SIPS中，双(氟磺酰基)亚胺钠(NaFSI)盐溶解在双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠(NaTFSI)盐的液体前体中，即N, N-二甲基三氟甲磺酰胺，称为PreTFSI。

在PreTFSI(SIPS5)电解质溶液中制备的0.5 M NaFSI的电化学稳定性高达6.7 V，并且在Na||Al电池配置下，以2.0 mA cm−2和4.0 mAh cm−2的电流密度下实现了99.7%平均库仑效率（CE）的Na剥离/沉积。

通过使用NaNi0.6Mn0.2Co0.2O2或硫化聚丙烯腈（SPAN）作为正极活性材料，在钠金属和“无负极”扣式和软包电池配置中测试SIPS5，研究人员揭示了SIPS策略在高电池电位和适度施加的特定电流下能够提供更高的比放电容量和容量保持能力，电池周期寿命高达1000次循环。

图1：高能量钠金属电池的电解液设计

图2：SIPS电解液设计

图3：SIPS5电解液的物理化学表征及SEI形成

图4：钠金属的沉积/剥离性能

图5：钠金属电池的性能测试

图6：钠金属电池与硫基正极材料的性能测试

综上，作者提出了一种名为“盐-预盐”（Salt-in-PreSalt, SIPS）的电解液配方策略，用于开发高性能非水钠金属电池。通过将双(氟磺酰基)亚胺钠(NaFSI)盐溶解在双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠(NaTFSI)盐的液体前体中，研究团队成功制备了一种能够在正负极上形成富含无机NaF的界面层的电解液，并验证了其在高比能、长循环寿命钠金属电池中的应用潜力。

该研究突破了传统非水钠金属电池电解液的局限，通过创新的电解液配方策略，显著提升了电池的比能量、循环寿命和安全性。这一成果为钠金属电池的商业化发展提供了重要的技术支撑，也为未来高性能、低成本储能系统的设计提供了新的思路。

SIPS电解液策略为钠金属电池的广泛应用奠定了基础，特别是在大规模储能、电动汽车等领域。其高比能和长循环寿命的特点使其有望成为锂离子电池的有力替代品，推动能源存储技术的进一步发展。此外，该电解液的非易燃性和宽温度适应性也使其在极端环境下的应用成为可能。

Li, AM., Zavalij, P.Y., Omenya, F. et al. Salt-in-presalt electrolyte solutions for high-potential non-aqueous sodium metal batteries. Nat. Nanotechnol. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01848-2.

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来源：华算科技