研究背景
与锂离子电池相比，钠离子电池具有低成本和材料来源广泛的优势，未来有望成为储能和动力系统的替代方案。
电解液作为钠离子电池的重要组成部分，其作用是在电池正负极之间传输电荷，对电池的比容量、工作温度范围、循环效率、安全性能和生产成本等都至关重要。目前钠离子电池的电解液大多由导电钠盐和有机溶剂组成，常用的钠盐为六氟磷酸钠等，而有机溶剂一般为烷基碳酸酯类化合物等。
对于钠离子电池来说，解决循环寿命短的痛点问题是面向产业界大规模推广的关键，而电解液在其中扮演着重要的角色。
研究内容
近日，湖北大学刘建文教授团队致力于设计一种具有工业应用价值的实用钠离子电池电解液，引入酸酐化合物——戊二酸酐 (GA) 作为添加剂。采用分子动力学模拟和 DFT 计算相结合的方法揭示了电解液配方 1 M NaPF₆ + DME/VC (1:1, v/v) + 2 wt.% GA 能实现钠离子电池超长循环的机理。
研究团队通过精心调整溶剂组成，利用醚 (DME) 和酯类 (VC) 溶剂的组合，设计出了最佳电解液配方。这一创新配方不仅优化了电解液的化学性质，还显著提升了钠离子电池的循环稳定性。通过理论计算揭示了 VC 在正极优先氧化形成 CEI 膜，GA 在负极优先还原形成 SEI 膜，对两极电极材料进行了全方位保护。实验结果表明，采用该电解液的 Na||NVP 电池在 2500 次循环后容量保持率高达 85.06%。此外，NVP||HC 全电池在 800 次循环后也保持了稳定的容量保持率。
这项研究成果充分证明了该电解液在提升钠离子电池循环寿命方面的显著效果。该成果以 “Ultra-long cycle sodium ion batteries enabled by glutaric anhydride additive” (《戊二酸酐添加剂实现钠离子电池超长循环》) 为题，发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上。
论文信息
Ultra-long cycle sodium ion batteries enabled by glutaric anhydride additive Qin Zhou, Cong Xia, Zhifan Kuang, Mengran Guo, Hao Zhang, Haojie Wan, Shiquan Wang*, Lin Li and Jianwen Liu*（刘建文，湖北大学） Chem. Sci., 2025, 16, 20205-20214
https://doi.org/10.1039/D4SC06492E
作者简介
本文通讯作者，湖北大学教授，博士生导师，湖北省“楚天英才”，科技副总。近年来围绕锂/钠/钾离子电池关键材料、纳米材料电化学、废旧电子品回收利用等产出一系列创新成果，擅长将基础研究成果进行产业转化与推广。截至目前，在 Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, ACS Nano 等发表学术论文 100 余篇。授权发明专利 20 余项，制定标准 3 项，合编专著 3 部。入选斯坦福全球前 2% 顶尖科学家榜单。先后获得 2022 年全国首届博士后创新创业大赛铜奖、2023 年湖北省科技进步二等奖、2023 年湖北省科技经济融合二等奖、2024 年中国技术市场金桥奖等。参与设计和指导了本研究工作。
期刊介绍
rsc.li/chemical-science
Chem. Sci.
| 2-年影响因子* | 7.6分 |
| 5-年影响因子* | 8.0分 |
| JCR 分区* | Q1 化学-综合 |
| CiteScore 分† | 14.4分 |
| 中位一审周期‡ | 33 天 |
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Editor-in-Chief
Andrew Cooper
🇬🇧 利物浦大学
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