问题——面向大规模储能与动力应用,全固态钠离子电池被寄予“更安全、更高能量密度、更低成本”的期待。
然而,在实际电池结构中,固态电解质与电极之间常出现微观缝隙与缺陷,导致界面阻抗上升、离子传输受阻,进而引发容量衰减与失效风险。
界面稳定性不足,成为全固态钠电从实验室走向工程化的核心瓶颈之一。
原因——固态电解质尤其是氧化物体系,兼具较高离子电导率与化学稳定性,因而是重要候选材料。
但其材料脆性带来“先天易损”的现实:从制备切片到组装压合,再到电池充放电引发的体积变化,微米级裂纹与孔隙都可能在不易察觉处形成。
微缺陷会使电解质与电极难以形成连续、紧密的接触界面,离子通道被迫“绕行”,效率降低。
同时,裂纹还可能为金属钠的枝晶生长提供路径,一旦枝晶沿缺陷延伸并穿透电解质,将造成内部短路等严重后果。
更复杂的是,这一过程往往相互强化:脆性导致裂纹,裂纹抬高阻抗并诱发枝晶,枝晶又加速裂纹扩展,形成“接触劣化—界面失效—性能衰减”的连锁反应。
影响——界面问题在全固态钠电领域表现更为敏感。
相较于部分体系中较为温和的界面反应,钠金属负极化学活性更高,界面副反应更剧烈,临界电流密度等关键指标普遍偏低,难以满足储能系统高倍率、长寿命的工程需求。
过去业内常用的外部加压、机械压实或高温处理等方式,虽然在短期内能改善接触,但要么依赖持续压力维持“贴合”,在长循环与振动工况下容易回弹松动;要么可能扰动电极结构,带来不可逆损伤。
对于追求轻量化、低成本与易维护的软包形态而言,强依赖外部加压也不利于走向规模化制造与系统集成。
因此,能否在微观尺度构建长期稳定、低阻抗的固—固界面,直接关系到全固态钠电的工程可行性与产业路径。
对策——针对上述痛点,中国科学院大连化学物理研究所能源催化转化全国重点实验室团队提出以“界面自适配修复”为核心的解决方案:通过电诱导加速聚合的方式,在电池界面原位形成可渗入缺陷的修复层。
其思路不再依赖外部强制压紧,而是让修复材料在电化学条件驱动下进入微裂纹与孔隙,实现精准填补,并在界面处固化为稳定的功能层,从而同时降低接触阻抗、抑制枝晶通道、提升界面耐久性。
该修复体系由可聚合单体与导电粒子等构成,既强调对缺陷的“填充能力”,也兼顾界面电化学环境下的稳定性与传输需求。
研究团队表示,关键难点在于聚合过程的可控性:既要确保材料能在裂纹深处完成固化,又要避免反应过快造成涂层不均。
通过对机理与参数的持续优化,团队实现了更稳定的界面构筑。
前景——据介绍,相关成果已在《自然·通讯》发表,并实现Ah级全固态软包电池在无外部加压条件下稳定循环超过1000圈。
该结果在工程意义上具有多重指向:一是验证了面向软包结构的界面修复路线,为摆脱“靠压力维持界面”的传统思路提供了可行选项;二是为提升全固态钠电的寿命、安全冗余与制造一致性创造条件,有望降低系统层面对结构加固与运维的成本;三是为低成本储能技术打开新的材料与工艺协同空间。
业内人士指出,随着可再生能源装机增长和电网侧储能需求提升,兼具资源禀赋与成本优势的钠电路线受到关注。
若界面稳定性、规模制造与全生命周期可靠性等关键指标持续突破,全固态钠电有望在安全要求高、成本敏感的应用场景中形成差异化竞争力。
下一阶段,仍需在更高面容量、更高电流密度、宽温工况与更长寿命等维度进行系统验证,并推动与现有制造链条的工艺兼容与标准体系建设。
界面问题的解决,再次证明了基础研究的重要性。
从问题的发现、原因的分析到解决方案的创新,大连化物所团队用科学的方法和持之以恒的努力,将看似不可逾越的技术难关转化为产业发展的新机遇。
这一突破不仅推动了全固态电池技术的进步,更为我国在新能源领域的战略竞争中提供了有力支撑。
随着相关技术的进一步完善和产业化推进,全固态钠离子电池有望在储能、新能源汽车等领域实现广泛应用,为能源结构优化升级和"双碳"目标的实现做出重要贡献。