我国在《“十四五”新型储能发展实施方案》和《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中提出加快钠离子电池等技术研发及开展规模化试验示范，充分表明钠离子电池技术研发已上升为国家战略。相比于锂资源的匮乏，钠在我国的储量丰富，价格更为便宜，因此钠离子电池在大规模储能领域具有广阔的应用前景。然而目前钠离子电池在产业化进程中尚存在能量密度较低、循环寿命较短等问题，严重限制了进一步的应用。
中国科学院青岛能源所崔光磊研究员带领的固态能源系统技术中心从2011年开始布局钠离子电池，结合国家重大战略需求和基础科学问题为一体，立足前沿，独辟蹊径，开发了多项钠离子电池关键材料和电解质关键技术，近年来取得了一系列重要成果，为钠离子电池产业化发展奠定了研究基础。2015年，该技术中心通过激光打孔聚酰亚胺石墨膜，开发了多孔石墨集流体及相应预钠化技术，显著降低了成本，提高钠离子电池的能量密度（Electrochemistry Communications 2015, 61, 84–88; Journal of Power Sources, 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9）。2016年，通过原位固态化技术开发出高离子电导率的聚丙烯酸酯基聚合物电解质并进行专利保护（ZL201610150608.1；ZL201611224300.3），改善了固态电解质与电极材料间的界面离子传输性能，实现了钠电池倍率性能的大幅提升。2019年，构筑了甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物固态聚合物钠电池，组装的软包钠电池在弯折或者切角苛刻条件下仍能安全工作，不发生漏液或起火危险（Nano Res. 2019, 12, 2230-2237；ZL201911259343.9；ZL201911357076.9）。2022年，为进一步提升电解质的安全性，该技术中心又设计开发了兼顾高电压稳定性的磷酸酯阻燃新配方（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444–17453）和本征安全、绿色环保和成本低廉的水系电解质（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041–33051；ZL202011071670.4；ZL202111281780.8）。
近期，固态能源系统技术中心在低成本钠离子电池领域再获重要进展，研究成果相继发表在国际权威期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Adv. Energy Mater.》和《Energy Storage Mater.》上（图1）。针对传统水系电解质中的自由水分子导致析氢、电极金属离子溶出等问题，研究团队通过甲基化调节氢键作用获得了钠离子电池超高浓聚合物电解质新体系，钠电池的循环稳定性实现突破性提高（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589）。同时，研究团队发现钠金属负极SEI中NaH是影响电池性能的主要因素，是导致钠电池失效的一种重要机制，NaH是由电池循环中产生的氢气和已沉积的金属钠自发反应生成的（Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891）。研究团队针对当前钠离子电池电解质领域，进一步总结了当前钠离子电池电解质中的基础原理和研究进展，并对电解质未来发展方向进行了展望（Adv. Energy Mater. 2023, 2301758）。
图1 固态能源系统技术中心钠离子电池基础研究进展。
基于上述研究基础和技术积累，经过十余年的努力，崔光磊研究员带领的固态能源系统技术中心成功研制出低成本、高安全、高性能的固态钠离子电池。目前研发的固态钠离子电池电芯能量密度超140 Wh/kg，电池模组比能量密度超110 Wh/kg；具有超高安全性，可以通过针刺测试，不冒烟、不燃烧、不爆炸，已实现在二轮电动车的示范应用（图2）。未来，该团队将按照不同应用场景，重点瞄准低速电动车、新能源汽车48 V电源系统、家庭储能等领域，持续开发满足市场系列钠离子电池关键材料和核心技术。（文/图 李川川，王进芝，赵井文）
图2 青岛能源所固态钠离子电池应用示范。
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