固态钠电！抢占下一代钠离子电池技术制高点！

固态钠电优势之一：能量密度高，打破了液态电池能量密度的瓶颈。目前，钠离子层状氧化物正极材料的能量密度在160Wh/kg左右，对应续航在200-400km。而固态钠电可搭配更高活性及克容量的正极材料和高电压材料，使固态电池有更宽的电化学窗口，吴忠帅课题组已将固态钠电能量密度做到355Wh/kg，续航将得到进一步提升。

固态钠电优势之二：安全性更高固态电解质相比于液态电解液可以有效地解决安全问题。由于金属钠超高的电化学反应活性，目前，液态钠离子电池存在严重的钠枝晶、漏液、电解液易挥发和产气严重等诸多安全性问题。而固态电解质燃点非常高，将液态电解液换成固态电解质将大幅提高安全性能，从根本上解决了漏液以及高温电解液分解的所导致的安全性问题。

有机液体电解质对高压钠金属电池的挑战

(图片来源：Chem. Soc. Rev., 2023)

固态钠电优势之三：循环寿命更长。固态钠电不需要电解液和隔膜，一方面简化了电池包的封装；另一方面，固态电解质不具有流动性，副反应更少，减少了SEI膜的反复生长和脱落问题，循环寿命也将得到大幅提高。

液态与固态电池在电池组层面比较

（图片来源：Journal of Power Sources, 2018, 382: 160-75.）

固态电解质是破局的关键，其主要包括无机固态电解质、聚合物固态电解质和复合固态电解质。其中，无机固态电解质有氧化物电解质、硫化物电解质和硼氢化合物固态电解质。

聚合物固态电解质：聚醚类聚合物中，PEO 因其高的安全性，完美的柔性，低的密度，良好的成膜性，低的玻璃化转变温度和溶解多种钠盐的能力，被认为是一种优异的聚醚类聚合物基体。其聚合物固态电解质具有良好的柔性，利于加工，与现有的液态电池装配设备兼容，可以做成多种形状，使得固态电池的结构设计变得多样化。

PEO中离子传输机理

（图片来源：Polymer, 1973, 14(11): 589）

氧化物固态电解质：氧化物具有良好的循环性能，适用于薄膜柔性结构。目前，氧化物钠离子固态电解质的研究主要集中在以下两种类型：Na-beta-Al₂O₃和NASICON型。Na-beta-Al₂O₃ 因其高的稳定性、高的离子电导率和高的机械强度，已成功用于高温 Na-S 和高温 Zebra 电池中，工作温度约 300 ℃，是目前唯一一个得到实际商业应用的钠离子固态电解质。

Na-beta-Al₂O₃的两种晶体结构

（图片来源：Journal of Power Sources, 2010，195 (9):2431-2442.）

Na₃PSe₄的晶体结构

（图片来源：Advanced Energy Materials, 2015, 5(24): 1501294.）

总之，在未来的规模储能领域，固态钠电池可能具有广阔的前景。但是，关于固态钠电池的基础科学问题以及制备工艺仍处于起步阶段。发展固态钠电池的过程中仍需要考虑很多因素包括界面、能量和功率密度、安全问题等。

目前，固态电池许多工艺路线都尚不成熟，如电解质或负极材料的选择与改性、界面反应、安全性和电池工艺革新等都需要一步一步探索。乐普钠电正在搭建固态钠电的中试线，主要聚焦方向是以固相法制备出无机固态电解质，并通过浇铸法与聚合物共混制备无机-有机复合固态电解质，以增强固态电解质的柔韧性及缓解界面问题。致力于研发具有高离子电导率、化学稳定性好、高的钠离子迁移数和宽的电化学窗口的固态电解质，构建高性能固态钠离子电池，推动钠离子电池的传播和产业化进程。