固态钠电池因钠资源丰富、成本低廉及安全性高等优势宏盛证券宏盛证券，被视为下一代大规模储能技术的重要候选体系。为进一步提升能量密度，开发高电压正极材料成为关键途径，但这对固体电解质的高电压稳定性提出了严峻挑战。先前的研究表明宏盛证券，构建稳定的正极–电解质界面相（CEI）是抑制高电压副反应的关键。传统表面包覆策略虽旨在隔离正极与电解质，但因忽视正极材料晶格失配与晶体各向异性，包覆层常因应力集中而形成不连续的“岛状”结构，无法实现全表面覆盖，导致局部界面持续劣化。因此，亟需发展一种跨晶面一致、各向同性的外延界面工程策略，以实现均匀、致密且化学稳定的CEI构筑，从根本上解决高电压固态钠电池中的界面分解难题。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心胡勇胜研究员团队与合作者以高电压正极材料 Na₃V₂O₂(PO₄)₂F（NVOPF）为模型体系，创新性地通过调控配体在正极颗粒表面的吸附行为，实现了室温下各向同性金属有机框架（MET-6；Zn(C₂₃H₂)₂）的外延生长，构筑了一层连续、致密且晶面一致性良好的人工正极–电解质界面层。该MET-6外延层不仅有效隔离了正极与聚合物电解质的直接接触，从源头抑制高电压驱动下的界面氧化副反应，其开放的孔道结构还可与PEO基体及钠盐协同构建高效的Na+传输通道，在保障界面化学稳定性的同时维持优异的离子导通能力。基于该界面工程策略，所构建的PEO基全固态钠电池在4.2 V高截止电压下展现出卓越的循环稳定性——历经约1500次循环后容量保持率达77.9%，并在2C高倍率下仍保持0.2C容量的约93%，表现出优异的倍率性能。
图1｜表面工程策略示意图及MET-6材料中的Na⁺扩散路径
此外，为精确界定聚合物电解质的有效工作电压窗口，研究团队还自主搭建了原位线性扫描伏安–气相色谱质谱联用（in situ LSV–GCMS）平台。结果表明，未修饰的PEO电解质在约3.87 V即发生显著氧化分解并释放气体产物；而引入MET-6外延层后，氧化起始电位被显著推迟至约4.27 V，成功将PEO的电化学稳定窗口拓展至4.2 V以上。这一结果直接证实了该外延界面在抑制高压副反应中的关键作用。随后，进一步验证了该策略在其他正极体系中的适用性，展现出良好的普适潜力，为解决固态钠电池中长期存在的高电压界面不稳定性问题提供了全新的材料设计范式与技术路径。
本工作受到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项和北京市自然科学基金的资助。中国科学院物理研究所博士生刘渊和吉林大学毛慧灿博士为本文第一作者宏盛证券，中国科学院物理研究所容晓晖特聘研究员、陆雅翔和胡勇胜研究员以及中国科学院过程工程研究所赵君梅研究员为文章通讯作者。该成果以“构筑各向同性外延层实现稳定4.2 V固态钠电池”（Designing an isotropic epilayer for stable 4.2 V solid-state Na batteries）为题发表于《自然·能源》（Nature Energy）杂志上。
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