钠离子电池重大突破，本征安全无热失控！。 近日，中国科学院物理研究所胡勇胜研究员、陆雅翔研究员、谢飞副研究员联合吉林大学毛慧灿教授提出了一种可聚合阻燃电解液体系（Polymerizable non-flammable electrolyte）。2026年4月6日，该研究以Thermal runaway-free ampere-hour-level Na-ion battery via polymerizable non-flammable electrolyte为题发表于Nature Energy期刊，张姣副研究员为本文第一作者。论文通讯作者为谢飞、毛慧灿、陆雅翔、胡勇胜。
背景介绍
安全性始终是各类电池技术发展的首要前提，研制能够杜绝热失控、具备高安全性的二次电池，其研究价值与现实意义十分突出。近年来，阻燃型电解液凭借自身不可燃烧的优势，成为高安全锂/钠离子电池领域的研究热点，然而仅依靠阻燃特性并不能从根本上避免电池热失控，核心难点在于无法有效抑制电极与电解液界面在热作用下的副反应失效，以及高温环境中正负极之间的串扰等问题。
此外，目前已实现产业化的安时级钠离子电芯普遍采用硬碳负极，而以磷酸酯类为主的传统阻燃电解液与硬碳负极适配性不佳，且相关体系多需要借助高盐（局部高盐）体系或氟化设计，导致成本居高不下，严重制约了其规模化应用。与此同时，针对钠离子电池体系，现有研究大多仅围绕电解液自身的阻燃性能展开验证，缺少在电芯实际工作条件下的热安全性能实证。因此，研发兼具低成本与界面稳定性的阻燃电解液，在安时级电芯中保证优异电化学性能的同时实现无热失控运行，已成为高安全钠离子电池发展过程中亟待攻克的关键挑战之一。
成果简介
近日，中国科学院物理研究所胡勇胜研究员、陆雅翔研究员、谢飞副研究员联合吉林大学毛慧灿教授提出了一种可聚合阻燃电解液体系（Polymerizable non-flammable electrolyte）（Polynonflyte, or PNE）。利用NaBF4为主盐，NaPF6为辅助界面调控剂构建双盐体系，解决了硬碳负极兼容难题，优化了电极-电解液界面；同时，基于磷酸三乙酯（TEP），在不可燃的基础上实现热致聚合，在高温下可快速固化形成隔断层，屏蔽正负极间的机械/化学串扰，彻底阻断电池热失控反应。最终，团队在3.5 Ah级圆柱钠离子电芯中实现300 ℃高温下不发生热失控，并可顺利通过针刺试验，电芯不冒烟、不起火、不爆炸！该电解液还展示了优异的电化学性能，即使在4.3 V、211 Wh/kg（基于电芯全重计算）的高电压、高比能Ah级电芯中依然保持稳定运行并通过针刺试验。
图1：PNE（可聚合不燃电解质）的特性。a, 新鲜隔膜以及分别浸泡在碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯基电解液（E3）、磷酸三甲酯基电解液（E5）和磷酸三乙酯基电解液（PNE）中的隔膜的点火实验。b, 上述电解液及对应溶剂的差示扫描量热法（DSC）测试。c, TEP（磷酸三乙酯）溶剂、PNE以及经200℃加热后PNE的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。内嵌图片为200℃加热后的PNE。d, TMP（磷酸三甲酯）溶剂、E5以及经200℃加热后E5的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。内嵌图片为200℃加热后的E5。e, 溶解有NaPF6或NaBF4的TEP中，Na+与TEP的径向分布函数（RDF）及相应的配位数（DN）。内嵌图展示了第一溶剂化壳层的结构排列。f, 在基于TEP的电解液中，Na+在NaPF6或NaBF4体系中的去溶剂化活化能（Ea）。g, 不同浓度的TEP基电解液的红外吸收光谱。
图2：电芯的安全测试。a, 分别使用E3（碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯基）、E5（磷酸三甲酯基）和PNE（磷酸三乙酯基）电解液电芯的针刺测试。b-d, 沉积了金属钠的硬碳（HC）负极的浸泡测试。沉积了钠的硬碳负极是在0.2C（1C= 300 mAh/g）的电流密度下放电至4.0 mAh。硬碳负极的负载质量为6.46 mg/cm2。e, ARC（加速量热仪）测试前后电芯内部变化的照片。ARC测试后，隔膜完全熔化，正负极材料粘连在一起。f-h, 基于E3（f）、E5（g）和PNE（h）电解液的1.45 Ah 18650圆柱形电芯在加速量热仪（ARC）测试中的时间-温度曲线。T1定义为自加热起始温度，它是由电池内部链式反应的启动引起的，如果电池处于散热不良或近乎绝热的条件下，会导致温度自发且持续地上升。T2定义为热失控触发温度，判据为温升速率dT/dt达到1℃ s-1时的温度。T3定义为热失控期间的最高温度，这是评估热失控破坏性的关键参数。i-k, 通过气相色谱分析加速量热仪测试过程中，E3（i）、E5（j）和PNE（k）电解液的产气成分分析。l, 3.5 Ah圆柱形电芯的热滥用（热箱）测试。电芯初始重量为83.91g。质量的减少主要源于电解液的蒸发以及分解反应产生的气体的逸出。
图3：圆柱形电芯的电化学性能。a, PNE电解液基的O3-NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2//硬碳（HC）26700圆柱形电芯在室温（RT.）下的循环性能。b, 该电芯在60℃以0.5C（1C=3.5 A）电流测试的循环性能。图3b中的内嵌图代表在室温下充电低温下以0.2C（1C = 3.5 A）电流放电的放电曲线。c, 18650圆柱形电芯在1.5-4.3 V之间的循环性能。图3c中的内嵌图代表相应的充放电曲线。d, 18650圆柱形电芯在1.5-4.3 V之间的倍率性能。
视频截图：4.3V钠离子电芯针刺视频，无起火无爆炸
（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-026-02032-7
作者：胡勇胜等 来源：《自然-能源》
