武汉大学「国家高层次人才」曹余良/方永进Angew | 低成本、高稳定性NaNO₃基磷酸盐电解质!

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为实现低成本、可持续的钠离子电池，需设计创新的电解质体系以克服传统钠盐（如NaPF₆、NaFSI）合成复杂、空气稳定性差、成本高等缺点。无机钠盐如NaNO₃因其成本低、空气稳定、热稳定性好而成为有前景的替代品，但其在非水溶剂中溶解度低、还原稳定性差，限制了实际应用。

在此，武汉大学曹余良，方永进等人提出了一种新型电解质体系，以NaNO₃为唯一钠盐，溶解于磷酸三甲酯（TMP）与三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯（TFEP）的双溶剂体系中。TMP凭借其高古特曼供体数和介电常数实现了NaNO₃的高溶解度，而TFEP则调节离子-溶剂配位结构，增强还原稳定性，并在硬碳负极表面促进形成富NaF/NaN₂O₇的分层无机SEI膜。

得益于溶剂化结构还原稳定性的提升和坚固的SEI膜，硬碳负极实现了78.6%的初始库仑效率和99.4%的200次循环后容量保持率，而Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)（NFPP）正极在400次循环后仍保持87.5%的容量。此外，硬碳//NFPP软包电池验证了该体系的可行性，即使在点燃条件下仍能正常放电。本研究为设计低成本、高安全的钠离子电池电解质提供了战略性蓝图，突显了NaNO₃在实现可持续储能解决方案中的潜力。

图1. 电解液配置

总之，该工作开发了一种用于钠离子电池的新型电解质设计，以无机NaNO₃为唯一钠盐，搭配磷酸三甲酯（TMP）和三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯（TFEP）的双溶剂体系。

TMP凭借其强供电子能力实现了NaNO₃的高溶解度，而TFEP则发挥双重作用：通过增强Na⁺–NO₃⁻相互作用，形成阴离子诱导的溶剂化结构（AI-ISC），提升LUMO能级以改善还原稳定性；同时在硬碳负极表面构筑富NaN₂O₇表层和整体富NaF的分层无机SEI膜，有效抑制持续电解质分解。

该设计的协同效应使硬碳负极实现了78.6%的高初始库仑效率和99.4%的200次循环后容量保持率。此外，该电解质还展现出广泛的兼容性，提升了Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)和Na₃V₂(PO₄)₃等正极的循环稳定性和倍率性能。全电池测试进一步验证了该电解质的实用性，展示了其在极端条件下的稳定运行和本征不易燃性。本工作开创了一种使用低成本无机钠盐的经济且安全的电解质策略，推动了钠离子电池朝着可规模化、可持续储能方向发展。

图2. 电池性能

Low-Cost NaNO3-Based Phosphate Electrolytes with Exceptional Stability Toward Sustainable and High-Safety Sodium-Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202519208

曹余良 武汉大学化学与分子科学学院教授，博士生导师；近年来在Nature子刊Nat. Energy, Nat. Nanotech.、Energy Environ. Sci.、Chem, Adv. Mater.、Nano. Lett.等国际学术期刊上发表SCI论文300余篇，他引20000余次，h指数为80，ESI高被引论文23篇，其中5篇进入ESI热点论文，连续五年入选科睿唯安（Clarivate Analytics）年度“高被引科学家”。

方永进，武汉大学化学与分子科学学院 教授，博士生导师，入选国家级青年人才项目、湖北省楚天学者计划。主要研究方向为锂/钠离子电池电极材料和电解液等。近年来在Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem、Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Energy Environ. Sci.、ACS Energy Lett.、Matter、CCS Chem.、Nano Lett.、Adv. Sci.、Carbon Energy等国际学术期刊上发表SCI论文90余篇，引用12000余次，h指数为52。

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