【原创】优化钠电池电极电解质界面，提升钠电综合性能——专访北京理工大学吴川教授

中国粉体网讯  随着碳达峰碳中和战略的贯彻实施，新能源产业发展步入快车道。正极材料作为电池成本占比最高的一部分，其市场需求迎来了爆发式的增长。2023年8月15日到16日，2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会在山城重庆隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客对话栏目，进行访谈交流。本期，我们邀请到的是北京理工大学的吴川教授。

吴川，博士，材料学院教授、副院长，博士生导师。长期从事先进能源材料研究，长期从事先进能源材料的研究工作，目前的研究领域主要关注能量储存与转体系及其关键材料，包括锂离子电池、钠离子电池、铝二次电池以及其他高性能二次电池新体系；开展新型储能材料、多电子电极材料、洁净能源催化剂的合成、结构与电化学表征。

粉体网：吴教授，表面包覆作为一种常用的改性手段，目前常用于硬碳负极包覆的材料有哪些？

吴川教授：表面包覆技术可以对钠离子电池硬碳负极的循环性能不佳、首效较低等问题进行有针对性的改进，从而影响钠离子电池的能量密度、循环寿命和安全性等，对提高电池整体性能在领域具有重要意义。目前常用于硬碳负极表面包覆的材料主要包括具有良好导电性和化学稳定性的导电性聚合物（如聚苯胺、聚噻吩等）、具有独特的结构和优异的导电性能的碳纳米管、金属氧化物（如氧化铝、二氧化钛、氧化锌等）以及导电聚合物/碳纳米管复合材料等。

粉体网：除了包覆以外，优化钠电池电极/电解质界面的措施还有哪些？

吴川教授：除了包覆以外，优化钠电池电极/电解质界面的措施还有界面改性、电解液优化和电化学处理等。例如，通过在电极表面引入功能性材料，或石墨烯、碳纳米管等导电添加剂等，对界面进行改性以提高电极反应活性。或者通过调节电解质浓度和类型、引入电解质添加剂或和表面活性剂等来改善电解液的稳定性和电化学性能。还可以通过不同电位下的极化处理，在电极表面形成致密的保护层以减少电极与电解液之间的直接作用，达到优化电极/电解质界面的目的。

粉体网：目前，针对主要的三种钠电正极材料技术路线：层状氧化物路线、聚阴离子路线、普鲁士蓝类路线，它们适配的电解液有何不同？

吴川教授：层状氧化物正极对空气和水分比较敏感，适配的电解液可选择成本较低且在高电位下稳定的酯类电解液，必要时还可匹配相应的功能性添加剂。聚阴离子型正极具有优异的结构稳定性和电化学稳定性，可兼容酯类和醚类电解液，一般不需要功能性添加剂；而对于一些工作电位较低的聚阴离子型正极，可优选储钠动力学更为优异的醚类电解液。普鲁士蓝类正极具有较低的溶度积常数，可有效避免其在水溶液中的溶解流失，因此其也可以匹配水系电解液。若为了获得更宽的工作电压窗口和更高的能量密度，通常还是会关注酯类有机电解液。

粉体网：目前钠离子电池基本上都是基于有机系电解液，您如何看待水系钠离子电池？

吴川教授：水系钠离子电池具有安全性较高、环境友好、离子导电率高等特性，有望在未来的大规模储能中发挥作用。然而，水系钠离子电池也存在一些制约其发展的问题，其电极过程中的副反应、较窄的电压窗口等问题可能限制其在某些高能量密度应用中的竞争力；此外，循环稳定性的挑战也可能限制水系钠离子电池的寿命和可靠性，影响其优势的发挥。

粉体网：您觉得钠电池有发展固态电解质的必要吗？

吴川教授：固态电解质可以有效避免电解质的挥发和泄漏，有利于提高电池的稳定性和可靠性。固态电解质中的钠离子和阴离子通过固态电解质中的结构孔道运动，没有伴随溶剂分子的运动，因此电化学效率高较。固态电解质是一个很好的研究方向，有利于进行技术积累，在动力电池和储能电池领域均得到了重视，其界面相容性和离子输运问题是实际应用中需要着重解决的关键问题。

（中国粉体网编辑整理/长安）

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