武汉大学曹余良教授、方永进教授，Angew. Chem.：低成本NaNO₃基磷酸酯电解质用于高安全钠离子电池

第一作者：陈柯安，陈慧

通讯作者：曹余良*，方永进*

单位：武汉大学

钠离子电池因资源丰富、成本低廉而成为大规模储能的重要候选。然而，目前常用的钠盐（如NaPF₆、NaFSI等）合成复杂、对空气敏感、成本高，限制了其产业化进程。无机钠盐如NaNO₃成本极低、空气稳定，但其在常规非水溶剂中溶解度低、还原稳定性差，一直未能作为主盐应用于电解质体系。因此，开发基于无机钠盐的高安全可持续钠离子电池电解液体系对于钠离子电池的成本控制和产业化应用具有重要意义。

近日，武汉大学曹余良教授和方永进教授团队，在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Low-Cost NaNO₃-Based Phosphate Electrolytes with Exceptional Stability Toward Sustainable and High-Safety Sodium-Ion Batteries”的研究论文，首次报道了一种以NaNO₃为唯一钠盐、基于磷酸酯双溶剂的低成本、高安全钠离子电池电解质体系。该研究通过溶剂组成调控，成功实现NaNO₃的高效溶解，并构建出富含无机成分的稳定SEI膜，显著提升了硬碳负极和聚阴离子正极的循环稳定性与安全性。

研究团队基于DN值和介电常数两个维度筛选出了具有高DN值与高介电常数的磷酸三甲酯（TMP），构建了高NaNO₃溶解度且具有良好阻燃性的电解液体系。并进一步引入三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯（TFEP）作为共溶剂，调控溶剂化结构，增强电解液还原稳定性，并实现稳定SEI膜的构筑。

NaNO₃/TMP-TFEP电解液在半电池及全电池中均展现出远超传统碳酸酯基电解液的性能，并且TFEP的引入能抑制电解质持续分解，使硬碳负极首次库仑效率提升至78.6%，200圈循环容量保持率达99.4%，有效改善电解液的循环稳定性和倍率性能。基于该电解质的硬碳//Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)软包电池表现出良好的循环稳定性，在1C条件下循环100周后容量保持率高达84.3%，并且平均库伦效率超过了99.9%。软包电池（100% SOC）即使在剪切和点火条件下仍能保持稳定工作，具有优异的安全性。

通过核磁、拉曼、分子动力学模拟与TOF-SIMS、XPS等多维表征，系统揭示了TFEP调控溶剂化结构、提升界面稳定性的作用机制，为低成本电解质设计提供了理论指导。TFEP的加入促进形成阴离子主导的溶剂化结构，提高TMP的还原稳定性，并在硬碳表面构筑出分层富无机成分的SEI膜（上层为NaNxOy，整体富NaF），有效改善了电解液-电极界面层结构，对电池的循环稳定性起到了至关重要的作用。

这项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持续的储能方向发展。通过合理的溶剂工程来实现溶解性和稳定性方面的提高，研究结果为下一代电池系统提供了重要参考。

Kean Chen, Hui Chen, Yanan Zhao, Mengmeng Ma, Xinmiao Liang, Jiwen Feng, Along Zhao, Li Han, Yinan Gong, Miaomiao Xia, Hui Li, Xinping Ai, Yongjin Fang﹡, Prof. Yuliang Cao﹡, Low‐Cost NaNO₃‐Based Phosphate Electrolytes with Exceptional Stability Toward Sustainable and High‐Safety Sodium‐Ion Batteries

曹余良教授简介：武汉大学化学与分子科学学院教授，博士生导师，教育部长江学者。主要研究方向是电化学能量储存与转化，内容涉及锂离子电池和钠离子电池体系。曾主持了多项国家项目，包括国家重点研发计划“新能源汽车”领域课题（1项）、973子课题项目(1项)、国家自然科学基金面上项目（4项）和区域重点项目（1项）等。近年来在Nat. Energy、Nat. Nanotech.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Chem、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Nano Lett.、Carbon Energy等国际学术期刊上发表SCI论文300余篇，引用超36000余次，h指数为97，ESI高被引论文24篇，5篇论文曾被选为ESI 1‰热点论文，连续5年入选科睿唯安“全球高被引科学家”。

方永进教授简介：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和湖北省楚天学者人才计划。主要研究方向为锂/钠离子电池电极材料和电解液等。担任InfoMat、InfoScience、J. Energy Chem.、eScience、Carbon Energy、Chin. Chem. Lett.、Rare Met.、Batteries等杂志青年编委。近年来以第一作者/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Sci. Adv.、Chem、Energy Environ. Sci.、Matter、Chem. Soc. Rev.、ACS Energy Lett.等国际顶尖学术期刊上发表SCI论文50余篇，含ESI高被引论文25篇，论文被引用12000余次，h指数为52，2022-2025连续4年入选科睿唯安“全球高被引科学家”。