鈉離子電池（SIBs）因鈉資源豐富且成本低廉，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域極具前景。然而，商用有機(jī)電解液中不穩(wěn)定的電極-電解液界面及痕量水分（H?O）嚴(yán)重限制了電池循環(huán)壽命。

傳統(tǒng)NaPF?/碳酸乙烯酯（EC）基酯類電解液對(duì)水分高度敏感（<20 ppm），H?O會(huì)引發(fā)溶劑/鹽的水解反應(yīng)，產(chǎn)生HF并加速固體電解質(zhì)界面（SEI）溶解。現(xiàn)有策略（如分子篩吸水、犧牲型添加劑）無(wú)法持續(xù)抑制再生水導(dǎo)致的界面副反應(yīng)，且難以兼顧硬碳（HC）負(fù)極與P2型層狀氧化物正極的界面兼容性。此外，通過(guò)開(kāi)發(fā)新型鹽/溶劑優(yōu)化SEI的方法成本高昂，且無(wú)法同時(shí)解決電解液水解問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)兼具抑制水分腐蝕與構(gòu)建穩(wěn)定界面雙重功能的電解液添加劑至關(guān)重要。

圖1 ISPBS在電解液相中的水分束縛機(jī)制及界面吸附行為

鄭州大學(xué)陳衛(wèi)華、北京化工大學(xué)張志國(guó)等研究者設(shè)計(jì)了一種鎖鏈型添加劑——4,4'-(1,4-亞苯基雙(氧基))-雙(丁烷-1-磺酸鈉)-15-冠醚-5（ISPBS），實(shí)現(xiàn)了從體相到界面的電解液優(yōu)化。在電解液相中，ISPBS的親水性磺酸基團(tuán)（-SO??）和15-冠醚-5通過(guò)吸附將活性聚集態(tài)水（強(qiáng)氫鍵）轉(zhuǎn)化為非活性水（弱氫鍵），有效抑制水分誘導(dǎo)的電解液分解。在電極界面，ISPBS優(yōu)先吸附于硬碳表面，置換雙電層（EDL）內(nèi)的溶劑，形成富含苯基的硫化物SEI，加速Na?傳輸；同時(shí)在Na?.??Ni?.??Mn?.??O?（NNM）正極構(gòu)建穩(wěn)定陰極電解質(zhì)界面（CEI），改善Na?遷移動(dòng)力學(xué)。基于ISPBS電解液的HC||NNM全電池在500 mA g?¹下循環(huán)2000次，基于活性物質(zhì)總質(zhì)量的高比能量達(dá)191.7 Wh kg?¹。此外，ISPBS可兼容鋰離子電池酯基電解液，提升石墨/Si-C負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2 電極在ISPBS電解液中的循環(huán)穩(wěn)定性對(duì)比

鎖鏈型ISPBS添加劑通過(guò)"體相-界面"協(xié)同優(yōu)化策略，解決了鈉離子電池中水分腐蝕與界面不穩(wěn)定的核心問(wèn)題。其親水基團(tuán)（-SO??/15-冠醚-5）通過(guò)強(qiáng)吸附（-1.54 eV）束縛活性水，抑制電解液水解；優(yōu)先吸附特性置換界面溶劑，形成富含苯基/硫化物的薄層（10 nm）SEI（含Na?S、RSO?R等），兼具高離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，抑制SEI溶解再生。分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)ISPBS降低Na?溶劑化數(shù)（EC從2.62減至2.35），加速脫溶劑化。HC負(fù)極的準(zhǔn)金屬鈉簇（Knight位移728 ppm）和NNM正極的低阻抗CEI（R??降低49%）協(xié)同提升儲(chǔ)鈉可逆性。全電池在500 mA g?¹下實(shí)現(xiàn)2000次長(zhǎng)循環(huán)（單圈衰減率0.017%），比能量達(dá)191.7 Wh kg?¹，軟包電池驗(yàn)證了其實(shí)際應(yīng)用潛力。該策略可擴(kuò)展至鋰離子電池（石墨/Si-C負(fù)極），為高安全、長(zhǎng)壽命電池電解液設(shè)計(jì)提供新思路。

Li, W., Duan, Y., Ge, S. et al. Locking-chain electrolyte additive enabling moisture-tolerant electrolytes for sodium-ion batteries. Nat Commun 16, 6405 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61603-6