江南大学刘天西/陈苏莉AEM：原位交联协同阴离子锚定实现快充长寿命固态钠电池

第一作者：张嘉雯

通讯作者：陈苏莉*，刘天西*

通讯单位：江南大学

钠金属电池因其资源丰富、成本低廉、环境友好等优势，在大规模储能领域展现出巨大潜力。然而，传统液态电解质中钠金属负极存在枝晶生长剧烈、界面副反应多、热安全性差等问题，严重阻碍其实用化进程。固态聚合物电解质虽能提升安全性，但其普遍存在离子电导率低、钠离子迁移数小、界面稳定性差等挑战。尤其是高倍率充放电时，阴离子迁移导致的浓差极化问题尤为突出，限制了电池的快充性能与循环寿命。

近日，江南大学刘天西教授与陈苏莉副教授团队在能源材料领域顶级期刊 Advanced Energy Materials 上发表了题为“A Molecularly Engineered Crosslinked Polyether Electrolyte with Anion-Trapping Nano-Networks for Fast-Charging and Safe Sodium Metal Batteries”的观点文章。该工作通过原位聚合策略，设计并制备了一种阴离子锚定交联聚醚电解质（AICPE），该电解质以环氧功能化埃洛石纳米管（e-HNTs） 为多功能填料，在聚合过程中构建三维共价交联网络，同时实现阴离子捕获与阳离子快速传输，大幅提升了电解质的机械强度、热稳定性与界面兼容性。

本研究通过设计环氧功能化的埃洛石纳米管（e‑HNTs）作为活性交联剂，将其引入1,3‑二氧戊环（DOL）的阳离子开环聚合体系中。在路易斯酸催化下，e‑HNTs表面的环氧基团参与聚合反应，与聚醚链共价连接，原位构建了三维交联网络结构（AICPE）。该共价网络不仅显著提升了电解质的机械强度（杨氏模量达547 MPa），也有效抑制了聚合物链的结晶倾向，增强了材料的热稳定性与阻燃性。同时，交联结构保证了电解质与电极之间的紧密接触，提高了界面兼容性，为钠金属电池的长期稳定循环奠定了结构基础。

e‑HNTs具有独特的内外表面化学特性，为实现离子选择性传输提供了多重作用位点。其内表面富含‑Al‑OH路易斯酸位点，可高效锚定TFSI⁻阴离子，抑制阴离子迁移，从而显著提高Na⁺迁移数（0.72）。外表面的硅氧基团则通过竞争配位作用，削弱Na⁺与聚醚链中醚氧原子的相互作用，促进Na⁺脱溶剂化。这一内外协同机制在维持交联网络结构稳定的同时，有效缓解了因交联带来的空间位阻效应，实现了Na⁺的高效、均匀传输，为高倍率运行提供了动力学保障。

AICPE电解质表现出优异的离子传导与电化学稳定性：室温离子电导率达2.17 mS cm⁻¹，离子迁移活化能仅为0.14 eV，电化学稳定窗口拓宽至4.59 V。高Na⁺迁移数有效抑制了电极‑电解质界面处的浓度极化，缓解了枝晶生长的热力学驱动力。通过拉曼光谱、DFT计算与分子动力学模拟进一步证实，e‑HNTs的阴离子锚定作用促进钠盐解离，而其表界面调控加速了Na⁺的迁移过程。这些特性共同解决了传统聚醚电解质中离子电导率与迁移数难以兼顾的困境。

基于AICPE的Na/Na对称电池在0.1 mA cm⁻²下稳定运行超过3600 h，极化电压仅48 mV，临界电流密度达3.2 mA cm⁻²。匹配Na₃V₂(PO₄)₃正极的全固态电池在0.5 C循环600次后容量保持率达91.33%；在10 C超高倍率下循环1200次后仍保持87.5%的容量，展现出优异的高倍率循环稳定性。软包电池在钉刺、弯折等严苛条件下仍保持安全稳定。该研究通过材料‑结构‑性能的协同设计，实现了快充、长寿命与高安全性的统一，为固态钠电池的实际应用提供了新材料体系与设计思路。

A Molecularly Engineered Crosslinked Polyether Electrolyte with Anion‐Trapping Nano‐Networks for Fast‐Charging and Safe Sodium Metal Batteries

陈苏莉，江南大学副教授，博士生导师。入选江苏省“技术能手”、江苏省“双创计划”双创博士、江南大学至善青年学者等。研究方向：固态电池、水系锌离子电池、高分子纳米复合材料等。迄今发表SCI学术论文50余篇，其中以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.等期刊发表SCI论文30余篇；授权国家发明专利8项，PCT专利1项；获2025年中国石油与化学工业联合会科技进步一等奖（5/12）和江苏省博士后创新创业大赛创新类最佳团队奖（1/2）。先后主持国家自然科学基金（面上项目、青年基金）、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金及中央高校基本科研资助计划等科研项目10项。担任Nano-Micro Lett.、Exploration、EcoEnergy、Energy Materials and Devices等期刊青年编委。

刘天西，江南大学“至善特聘教授”，博士生导师。国家杰出青年基金获得者、英国皇家化学会会士、上海市领军人才、上海市优秀学术带头人、上海市曙光学者、上海市青年科技启明星、教育部新世纪优秀人才、德国洪堡学者。现任Composites Communications共同主编、Advanced Fiber Materials副主编、Journal of Materials Science: Composites副主编、教育部科技委委员、中国复合材料学会·纳米复合材料分会主任。主要研究方向：高分子纳米复合材料、气凝胶功能复合材料、纳米纤维及其复合材料、纳米能源复合材料及器件。在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem, Soc.、Nat. Commun.等期刊发表SCI论文600余篇，他引3.7万余次，H因子104；2018~2024连续七年入选爱思唯尔“中国高被引学者”（材料科学、化学工程与技术）；2020年、2022年获上海市自然科学二等奖（排名第一）；获授权发明专利90余项；出版中、英文专著4部。