哈工大张嘉恒教授、何鹏教授、常州千沐吴万宝博士，Small：高温钠离子电池迎新突破！深共晶电解液重塑钠离子电池界面- 大数跨境

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哈工大张嘉恒教授、何鹏教授、常州千沐吴万宝博士，Small：高温钠离子电池迎新突破！深共晶电解液重塑钠离子电池界面

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2026-01-21

导读：哈工大张嘉恒教授、何鹏教授、常州千沐吴万宝博士，Small：高温钠离子电池迎新突破！深共晶电解液重塑钠离子电池界面

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文章信息

深共晶电解液构建稳定的阴离子衍生界面，助力高温钠离子电池

第一作者：吴昊

通讯作者：张嘉恒*，何鹏*，吴万宝*

单位：哈尔滨工业大学，常州千沐新能源有限公司

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研究背景

传统的钠离子电池碳酸酯基电解液存在严重的高温性能限制，包括快速分解、不稳定的正极-电解液界面形成以及安全隐患等。因此，开发热稳定性高的电解液对于推进钠离子电池的大规模应用至关重要。本研究设计并合成了一种具有优异热稳定性和电化学稳定性的深共晶电解液，促进了富含无机物的阴离子衍生界面相的形成，从而抑制了高温下的电解液分解、过渡金属溶解以及自由基驱动的副反应。这项工作表明，设计深共晶电解液是克服高温钠离子电池电解质不稳定性问题的有效策略，并推动了下一代界面设计的发展。

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文章简介

近日，来自哈尔滨工业大学的张嘉恒教授、何鹏教授与常州千沐新能源有限公司吴万宝博士合作，在国际知名期刊Small上发表题为“Deep Eutectic Electrolytes Enable Anion-Derived Interfaces for High-Temperature Sodium-Ion Batteries”的研究论文。该工作设计了一种由 NaFSI 和1,3-丙烯磺内酯组成的新型共晶电解液（简称 NPST），用于高温钠离子电池。在 60°C 下，NPST 的容量保持率显著优于目前最先进的碳酸酯类电解质。机理分析表明， Na⁺ 、PST 和 FSI⁻ 优先形成富含 NaF 和 Na₂S 的界面层，从而形成致密且热稳定性高的CEI，能有效抑制过渡金属的溶解。该工作为解决钠离子电池高温不稳定性这一长期存在的难题提供了一个全面、可扩展的解决方案，为更安全、寿命更长的钠离子电池铺平了道路。

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本文要点

要点一：NPST 深共熔电解质的设计原理与溶剂化结构优势

该研究提出了一种由 NaFSI 与丙烯‑1,3‑磺内酯（PST）构成的深共熔电解质 NPST，其核心创新在于通过“共配位深共晶”机制实现高度稳定的溶剂化结构。与传统碳酸酯体系相比，NPST 通过强范德华作用，使 PST 深度参与 Na⁺ 的第一溶剂化壳层，形成 Na⁺‑PST‑FSI⁻ 的紧密异溶剂化簇。NMR、FTIR、Raman 及 MD 模拟均证明 NPST 以 AGG为主，几乎无 SSIP，体现出强离子缔合特征。这种结构不仅降低 Na⁺ 去溶剂化能垒，还促进阴离子主导的界面成膜，使界面更致密、更无机化。此外，PST 的低 LUMO 能级与较高氧化稳定性，使其在负极易还原成膜、在正极不易氧化分解，从而拓宽电化学窗口。整体而言，NPST 的设计实现了溶剂化结构、热稳定性与界面化学的协同优化，为高温钠离子电池提供了全新的电解液范式。

图1. NPST 电解液制备过程及其溶剂化结构表征。

图2. NPST 的电子结构、配位能与 MD 溶剂化模型。

要点二：NPST 的热稳定性、安全性与电化学窗口优势

NPST 展现出远超传统碳酸酯电解液的热稳定性与安全性。TGA 显示其在 200°C 仍保持 92.5% 质量，而碳酸酯体系在 100°C 已显著挥发；燃烧测试中 NPST 完全不燃，而 NED 在 3 秒内即被点燃。NPST 的低蒸气压与高闪点源于深共熔结构的强分子间作用，使其在高温下不易挥发或分解。电化学窗口方面，NPST 在 25°C 下可达 5.3 V，在 60°C 仍保持 5.2 V，明显优于 NED 的 4.9 V，说明深共熔结构有效抑制溶剂氧化分解。对称 Na||Na 电池测试显示 NPST 在 25°C 可稳定循环 800 小时，在 60°C 仍保持低极化与稳定剥镀行为，证明其在高温下仍具优异界面兼容性。

图3. NPST 电解液热稳定性和基本电化学性能表征。

要点三：NPST 在高温与高倍率下的电池性能提升及其应用潜力

NPST 在高温钠电池中的性能表现极为突出。以 NVP 正极为例，在 25°C 下 1C 循环 3000 次仍保持 96% 容量，而 NED 在 1000 次后即快速衰减；在 60°C、5C 条件下，NPST 仍可稳定循环 3000 次，容量保持率超过 91%，库仑效率达 99.84%。NPST 的高温性能提升源于温度升高导致的粘度指数级下降，使离子电导率与 Na⁺ 迁移数显著提高。此外，NPST 在高负载电极（10 mg cm⁻²）中仍保持高 CE 与稳定循环，显示其工程化潜力。

图4. NPST 电解液在钠离子电池中的性能表现。

要点四：NPST 构建的无机富集 CEI/SEI 及其对界面稳定性的贡献

NPST 的关键贡献在于其诱导形成高度无机化、均匀且致密的 CEI/SEI。TEM 显示 NVP 正极在 NPST 中形成约 4 nm 的连续薄膜，而 NED 中的 CEI 则不均匀且多孔。TOF‑SIMS 与 XPS 进一步揭示 NPST 生成的界面主要由 NaF、Na₂SOₓ、Na₂S 等无机物组成，且分布均匀，贯穿颗粒间隙。相比之下，NED 生成的界面富含有机碎片，化学梯度明显，机械稳定性差。更重要的是，NPST 在负极形成的 SEI 同样无机化且均匀，能有效阻止 V⁵⁺/V⁴⁺ 迁移至负极。原位显微观察显示 NPST 能显著抑制钠枝晶生长，实现致密沉积。整体而言，NPST 通过构建稳定的双极界面，大幅提升电池的高温稳定性、循环寿命与安全性。

图5. NPST 构建的无机富集、均匀 CEI 结构。

图6. NPST 在负极形成均匀无机 SEI 并抑制枝晶。

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文章链接

Deep Eutectic Electrolytes Enable Anion-Derived Interfaces for High-Temperature Sodium-Ion Batteries

https://doi.org/10.1002/smll.202512084

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通讯作者简介

张嘉恒教授简介：哈尔滨工业大学（深圳）教授，国家海外高层次人才、广东省珠江人才（青年拔尖）、深圳市孔雀人才B类。研究方向为超分子衍生泛健康材料，生物材料和新能源电池材料等。主持参与了国家自然科学基金、广东省科技创新战略专项、深圳市科创委学科布局项目、深圳市孔雀团队、深圳市诺贝尔科学家实验室项目等多个研究课题，主持项目经费总额4000余万。近年来共发表SCI论文200余篇，论文他引次数5000余次，h指数为45；申请专利50余项，授权20余项。成功搭建了全球第一条年产千吨级超分子材料生产线。

何鹏教授简介：哈尔滨工业大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，兼任教育部高等学校材料专业教学指导委员会副秘书长，中国焊接协会钎焊材料、设备及工艺分会副理事长，全国焊接标准化委员会钎焊分委员会主任等。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金联合重点项目等各级各类项目30余项。获国家自然科学二等奖1项、国家科技进步二等奖1项，中国专利优秀奖2项、省部级一等奖5项等。发表学术论文300余篇、H影响因子40，授权国家发明专利100余项，制修订国家标准20项。

吴万宝博士简介：博士毕业于哈尔滨工业大学，常州千沐新能源有限公司首席技术官。研究方向为深共晶材料在新能源材料中的应用。以第一/通讯作者在Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials、Nano-Micro Letters、ACS Nano、Small等期刊发表SCI论文10余篇。

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第一作者简介

吴昊，哈尔滨工业大学材料学院博士研究生，研究方向为钠离子电池电解液开发及应用。以第一作者身份在Small、Applied Energy、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊发表多篇SCI学术论文。

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常州千沐新能源有限公司简介

常州千沐新能源有限公司一家以新能源、新材料为主营业务的技术研发型公司。公司以超分子电池材料为核心，涵盖新能源电池材料、锂电回收等领域，全面布局新能源全产业链，致力于建成集研发、先进制造和技术服务为一体的新能源行业领军企业。同时面向各大高校及科研院所提供完善的电解液、极片，软包电芯定制等科研服务业务，官网http://www.czqmne.com