鈉金屬電池（SMBs）作為下一代儲能系統的關鍵候選者，因其全生命周期安全性和可靠性受到廣泛關注。這類熱敏感電化學系統在能量密度提升和應用場景擴展引發的劇烈熱波動下，其性能衰減仍是嚴峻挑戰。當前研究雖聚焦于能量密度和功率優化，但低沸點易燃液態電解質在高溫條件下引發的本征熱失控風險常被忽視。固態鈉金屬電池（SSMBs）盡管具備高能量密度與本質安全性的雙重優勢，但其實際應用進程卻受到固-固界面潤濕性不足以及界面動力學遲滯等問題的顯著制約。作為液態與固態電解質的中間態，準固態復合無機聚合物電解質（PEs）憑借優異柔韌性和界面兼容性，展現出作為鈉金屬電池電解質的廣闊前景。然而高溫（>60 ℃）副反應引發的界面穩定性衰退及熱失控傳播效應，極大限制了其實際應用。因此開發高阻燃效率并且對鈉金屬有良好的兼容性的安全電解質迫在眉睫。
基于上述問題，近日，陜西科技大學化學與化工學院黃文歡教授團隊設計并制備了氟修飾固態薄膜，以同時調控鈉離子傳輸和固體電解質界面（SEI）的形成。研究表明基于該固態薄膜的鈉金屬扣式/袋式電池均表現出高循環穩定性（在0.5/1 C下， 4000/2000循環后，容量分別為86.9和80.0 mAh g-1）。此外，該薄膜能夠在高溫條件下分解產生氟清除自由基，能夠有效阻斷電池熱失控時的燃燒鏈式反應，從而防止電池二次燃燒。研究成果發表于學術期刊Advanced Functional Materials，題為“Nonflammable Polyfluorides-Anchored Quasi-Solid Electrolytes by chemical-crosslinking for High-Safety Sodium Metal Battery”。
文章要點：
1. 該研究設計并制備了一種具有阻燃性能的氟修飾固態聚合物電解質，通過利用氟修飾金屬有機框架（MOF）材料固有的熱穩定性和氟自由基清除劑的功能，顯著提升了電解質的熱穩定性和阻燃性能。
2.通過高密度的氟位點來構建MOF孔道富電子環境，從而實現快速鋰/鈉離子傳導 (σLi+= 2.413×10-4 S cm-1, σNa+=2.590×10-4 S cm-1)和調控SEI的形成以優化鈉離子沉積,實現準固態鈉金屬電池的高循環穩定性和高比容量。
3. 在確保高離子電導率和界面穩定性的前提下，氟修飾的準固態 NVP||Na 電池在 25℃ 和高溫條件下展現出優異的熱穩定性、循環性能和倍率性能。此外，氟修飾的準固態軟包電池在機械濫用（剪切與釘子穿透）、熱濫用（高溫過熱）以及ARC測試中均表現出卓越的熱/力學穩定性，有效抑制了電池熱失控的發生，顯著降低了災難性故障的風險。
圖1：固態薄膜阻燃機理、熱穩定性及阻燃性能表征
圖2：PCUF電解質的離子傳輸性能和SEI性能表征
圖3：基于PCUF電解質準固態鈉金屬扣式電池性能
圖4：基于PCUF電解質準固態鈉金屬軟包電池性能及安全性能測試
圖5：基于PCUF電解質準固態鈉金屬軟包電池高溫性能，ARC測試及電池阻燃機理
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202507147
（核稿：黃文歡 編輯：趙誠）
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