西北工业大学「国家级领军人才」王洪强/徐飞AEM | SnF₂改性薄型复合电解质用于固态钠电池!
- 2026-01-24 23:32:14
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与锂电池使用的锂盐相比，钠电池使用的电极材料以钠盐为主，不仅储量更丰富，价格也更低廉。随着能源转型步伐加快，钠电池正迅速从实验室走向产业化落地。不稳定的钠/电解质界面受钠枝晶和界面降解的困扰，严重阻碍了固态钠电池的发展。
在此，西北工业大学王洪强、徐飞、Su Yanxia等人提出了一种基于聚环氧乙烷（PEO）的薄型复合聚合物电解质设计，其具有稳定的固体电解质界面（SEI）。将SnF₂掺入PEO并将复合物注入超薄聚乙烯（PE）骨架（PEO-xSnF₂@PE）中，可促进形成富含Na₁₅Sn₄/NaF的稳定SEI，有利于均匀的Na⁺沉积，同时PE层确保了薄膜结构具备良好的机械强度。
因此，优化后的复合聚合物电解质具有超薄的20 μm厚度、低面积密度1.9 mg cm⁻²和超高拉伸强度35 MPa，表现出卓越的枝晶抑制能力。这种协同效应使得采用PEO-4SnF₂@PE的钠对称电池能够实现超过10800小时（>1年）的超长循环，同时临界电流密度达到1.0 mA cm⁻²。与Na₃V₂(PO₄)₃正极匹配的全电池表现出优异的循环稳定性，在500次循环后容量保持率达到97.6%。
这项工作表明，将SnF₂功能添加剂与柔性高强度的支撑层结合，能有效缓解固体聚合物电解质中的界面不稳定性和枝晶生长，为长寿命固态钠金属电池提供了新的设计思路。
图1. DFT计算
总之，该工作通过将SnF₂功能添加剂集成到由多孔PE骨架支撑的PEO基体中，开发了一种用于钠金属电池的高性能复合固体电解质。SnF₂添加剂催化了原位形成的坚固、富无机SEI。这种由Na₁₅Sn₄合金和致密NaF基质构成的独特界面共同降低了Na⁺扩散势垒并促进均匀的Na⁺通量，从而实现无枝晶沉积和增强的循环稳定性。同时，PE增强层使得电解质膜具备超薄（20 μm）、轻质（1.9 mg cm⁻²）和机械强度高（35 MPa）的特点。
这种界面工程与机械强化的协同策略实现了卓越的性能。所得的PEO-4SnF₂@PE电解质在对称电池中实现了1.0 mA cm⁻²的临界电流密度，并在0.1 mA cm⁻²下实现了超过10800小时的超稳定沉积/剥离循环。
与NVP正极匹配的全电池在60°C、0.5 C下提供了81.2 mAh g⁻¹的高容量，并在500次循环后保持了97.6%的容量。这项工作表明，将SEI改性添加剂与机械支撑骨架相结合的双功能方法为安全耐用的固态电池提供了一条可推广的路径。
图2. 电池性能
SnF 2 ‐Modified Thin Composite Electrolyte With Ultra‐Stable Interface for Solid‐State Sodium Batteries, Advanced Energy Materials 2025 DOI: 10.1002/aenm.202504169
王洪强 西北工业大学教授，国家级领军人才，英国皇家化学会会士。材料学院副院长 长期从事先进能源与催化材料基础及应用研究，系统开展了纳米晶激光植入低碳能源器件研究工作，以第一/通讯作者在 Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Sci. Adv.、Nat. Commun.等材料领域国际重要期刊发表 SCI 论文200余篇，H因子62（Web of Science）。
徐飞 西北工业大学，材料学院，教授 目前主持国家自然科学基金优秀青年基金、面上、青年项目，陕西省自然科学基金重点、青年项目，陕西省重点研发计划，中国博士后基金特别资助、面上项目 ，陕西省高校科协青年人才托举计划资助。 迄今为止，共发表SCI论文130余篇，SCI总引用超过8000次，ESI高被引论文10余篇。其中以第一/通讯作者在Science Advances, Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition， Advaced Materials在内的学术期刊上发表SCI论文70余篇。
