近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院在钠金属电池研究方面取得新进展，相关成果以“High-Performance PVDF-HFP Quasi-Solid-State Polymer Electrolyte Achieved by Multivalent Cation for Ultra-Rate and Long-Cycle-Life Sodium Metal Batteries”为题发表于国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》上（影响因子19.9，中科院一区）。

尽管固态电解质具有优异的机械强度和热稳定性，其在实用钠金属电池中的应用仍受到室温离子电导率低和电极/电解质界面接触不良的影响。PVDF-HFP基准固态聚合物电解质虽具有出色的电化学稳定性和优异的机械韧性，但由于钠离子半径较大，离子传输动力学缓慢，导致其室温钠离子电导率低至约10^-4 S cm^-1，难以满足实际应用需求。此外，对于准固态钠金属电池的钠金属负极，枝晶生长不仅与钠离子传输相关，还显著依赖于固态电解质界面膜（SEI）。例如，当PVDF-HFP准固态聚合物电解质与钠金属接触时，会发生脱氟反应，形成多孔且不稳定的SEI，无法钝化钠金属表面。此外，这种多孔SEI会诱导不均匀的钠离子通量，从而加速枝晶生长。正极电解质界面膜（CEI）在电池性能中也同样起着关键作用。良好形成的CEI可以防止正极与电解质之间发生持续的副反应，从而抑制正极粉化。同时，这两个界面必须保持薄层，因为厚的SEI和CEI会阻碍离子传输并损害其倍率性能。因此，构建薄而坚固的SEI和CEI对于准固态钠金属电池实现长循环稳定性和高倍率性能至关重要。

针对这一问题，颜蔚研究员/张久俊院士团队创新性地将三氟甲烷磺酸铟（In(OTf)₃）引入PVDF-HFP聚合物中，随后将其浸入NaClO₄电解液中，从而获得了离子电导率（1.31×10^-3 S cm^-1）和高钠离子迁移数（0.75）的准固态聚合物电解质（PHIn-E）。此外，由于In(OTf)₃在PHIn-E中所有组分中具有最低的未占据分子轨道（LUMO）能量和最高的最高占据分子轨道（HOMO）能级，它会在正负极均发生优先分解，从而形成薄而致密且富含无机盐的SEI和CEI。富含无机组分的SEI加速了Na⁺传输并促进了均匀的钠沉积，而致密的富含无机组分的CEI有效抑制了电解质与正极之间的副反应。因此，其在Na||Na对称电池展现出卓越的循环稳定性，在0.1 mA cm^-2-0.1 mAh cm^-2下可稳定运行超过1800小时，在1 mA cm^-2-1 mAh cm^-2下可稳定运行超过450小时。组装的准固态全电池在超高倍率下也表现出优异的循环性能。在室温下，Na|PHIn-E|NVP在高达8 C的倍率下实现了超过7000圈的稳定循环；Na|PHIn-E|NVPOF在5 C倍率下循环2000圈后仍保持其初始容量的74%；Na|PHIn-E|NVP在80 ℃、5 C下可稳定运行570圈，并在-20 ℃、0.1 C倍率下保持稳定运行100圈。此外，Na|PHIn-E|NVP软包电池在450圈后仍能保持72%的高容量保持率，展现出卓越的循环稳定性。

我院22级博士生齐静为该论文的第一作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。论文得到福州大学颜蔚研究员、张久俊院士的共同指导。

文章信息：Jing Qi, Gaoxing Sun, Xiang Gao, Hongyao Wang, Yiyuan Luo, Wei Yan*, Yao Liu*, Yun Zheng*, Jiujun Zhang*, High-Performance PVDF-HFP Quasi-Solid-State Polymer Electrolyte Achieved by Multivalent Cation for Ultra-Rate and Long-Cycle-Life Sodium Metal Batteries, Advanced Functional Materials, 2026: e77398.

文章链接：https://doi.org/ 10.1002/adfm.77398.