化工学院黄文欢团队在《Advanced Functional Materials》上发表可阻燃性氟修饰MOF固态电解质研究工作

钠金属电池（SMBs）作为下一代储能系统的关键候选者，因其全生命周期安全性和可靠性受到广泛关注。这类热敏感电化学系统在能量密度提升和应用场景扩展引发的剧烈热波动下，其性能衰减仍是严峻挑战。当前研究虽聚焦于能量密度和功率优化，但低沸点易燃液态电解质在高温条件下引发的本征热失控风险常被忽视。固态钠金属电池（SSMBs）尽管具备高能量密度与本质安全性的双重优势，但其实际应用进程却受到固-固界面润湿性不足以及界面动力学迟滞等问题的显著制约。作为液态与固态电解质的中间态，准固态复合无机聚合物电解质（PEs）凭借优异柔韧性和界面兼容性，展现出作为钠金属电池电解质的广阔前景。然而高温（>60 ℃）副反应引发的界面稳定性衰退及热失控传播效应，极大限制了其实际应用。因此开发高阻燃效率并且对钠金属有良好的兼容性的安全电解质迫在眉睫。

基于上述问题，近日，陕西科技大学化学与化工学院黄文欢教授团队设计并制备了氟修饰固态薄膜，以同时调控钠离子传输和固体电解质界面（SEI）的形成。研究表明基于该固态薄膜的钠金属扣式/袋式电池均表现出高循环稳定性（在0.5/1 C下， 4000/2000循环后，容量分别为86.9和80.0 mAh g-1）。此外，该薄膜能够在高温条件下分解产生氟清除自由基，能够有效阻断电池热失控时的燃烧链式反应，从而防止电池二次燃烧。研究成果发表于学术期刊Advanced Functional Materials，题为“Nonflammable Polyfluorides-Anchored Quasi-Solid Electrolytes by chemical-crosslinking for High-Safety Sodium Metal Battery”。

文章要点：

1. 该研究设计并制备了一种具有阻燃性能的氟修饰固态聚合物电解质，通过利用氟修饰金属有机框架（MOF）材料固有的热稳定性和氟自由基清除剂的功能，显著提升了电解质的热稳定性和阻燃性能。

2.通过高密度的氟位点来构建MOF孔道富电子环境，从而实现快速锂/钠离子传导 (σ_Li⁺= 2.413×10-4 S cm^-1, σ_Na⁺=2.590×10-4 S cm^-1)和调控SEI的形成以优化钠离子沉积,实现准固态钠金属电池的高循环稳定性和高比容量。

3. 在确保高离子电导率和界面稳定性的前提下，氟修饰的准固态 NVP||Na 电池在 25℃ 和高温条件下展现出优异的热稳定性、循环性能和倍率性能。此外，氟修饰的准固态软包电池在机械滥用（剪切与钉子穿透）、热滥用（高温过热）以及ARC测试中均表现出卓越的热/力学稳定性，有效抑制了电池热失控的发生，显著降低了灾难性故障的风险。

图1：固态薄膜阻燃机理、热稳定性及阻燃性能表征

图2：PCUF电解质的离子传输性能和SEI性能表征

图3：基于PCUF电解质准固态钠金属扣式电池性能

图4：基于PCUF电解质准固态钠金属软包电池性能及安全性能测试

图5：基于PCUF电解质准固态钠金属软包电池高温性能，ARC测试及电池阻燃机理

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202507147

（核稿：黄文欢 编辑：赵诚）