Nature子刊：共插层电解质提升 低温 硬碳储钠性能，实现-50 ℃ Ah级 钠离子软包电池稳定运行

第一作者：李檬

通讯作者：张乃庆*，张宇*

单位：哈尔滨工业大学，斯德哥尔摩大学

全球能源格局正朝着低碳解决方案转型，电化学储能（EES）技术对于支撑清洁能源的广泛应用至关重要。由于钠资源丰富且成本效益高，钠离子电池（SIBs）在电化学储能中展现出巨大潜力。目前，SIBs在室温下的能量密度和循环寿命方面已接近商业化水平。然而，在寒冷环境下使用电池的需求日益增长，要求SIBs在低温下具有可靠性能。SIBs中最具前景的硬碳（HC）负极在低温下，尤其是低于-30℃时，性能仍不理想，这主要源于离子在电解质中、穿过固态电解质界面（SEI）以及在HC内部的扩散缓慢。更严重的是，低温下迟缓的去溶剂化及更厚的SEI形成进一步阻碍了负极/电解质界面处的离子传输。HC在低温下面临的这些挑战本质上与电解质相关，因此需要对电解质进行调控以确保在低温条件下实现有效的钠存储。

近日，来自哈尔滨工业大学的张乃庆/斯德哥尔摩大学张宇，在国际顶级期刊Nature Communications上发表题为“Enhanced sodium storage in hard carbon via solvent co-intercalation electrolyte enabling Ah-level pouch cells at low temperatures”的研究文章。该文章通过开发新型共嵌入电解质实现了-50℃下稳定工作的Ah级别钠离子软包电池，为低温钠离子电池的电解质设计提供一种新策略。

通过电解液设计让钠离子与特定溶剂分子形成稳定螯合结构，充放电过程中溶剂随钠离子共嵌入硬碳层间，并绕过缓慢的脱溶步骤，提升离子传输速率。通过理论计算与实验证明离子在界面和体相中都具有更快的扩散速率，使得电池在低温下具有更优异的性能。

低熔点共溶剂的引入增加了溶剂化熵，且不参与溶剂化结构。混合电解液不仅保留了溶剂共嵌能力，还显著降低了整个电解液体系的凝固点，确保其在-50℃时仍保持液态和高离子电导率，从而让电池在极端低温环境下也能正常工作。

通过引入第二种低极性溶剂，精准地调节了电解液的微观结构，让适量的阴离子参与到溶剂化结构中，这些阴离子促进富无机的薄层SEI的产生，且避免了过量阴离子分解导致的SEI增厚。这样的富无机薄SEI能够有效促进钠离子在界面处的传输，

Enhanced sodium storage in hard carbon via solvent co-intercalation electrolyte enabling Ah-level pouch cells at low temperatures