电解液学会“主动防御”，中科院新突破助力钠电池加速产业化

电子发烧友网报道（文/黄山明）近期，国际科学期刊《自然·能源》中刊登了一篇《Thermal runawayfree amperehourlevel Naion battery via polymerizable nonflammable electrolyte》的文章，里面提出了一种“可聚合不燃电解质（PNE）”，只要使用这种电解质，电池一过热就会自己凝固断电，从根源上杜绝起火爆炸。
 
该研究团队还将电解质应用在最容易引发热失控、燃烧的钠电池中，首次在全球范围内实现了对“热失控”的彻底阻断，而这项重要技术成果来自中国科学院物理研究所胡勇胜团队以及相关合作单位。
 
神奇的PNE
 
在新能源领域，电池的安全焦虑几乎从未消散，行业中存在一个根深蒂固的常识，那就是只要把电解液做到点不着，那么电池就安全了。但近期，中国科学院物理研究所胡勇胜团队在《自然·能源》上甩出了一篇重磅论文，把这个“常识”彻底击碎。
 
其实最开始，胡勇胜团队并不是冲着“可聚合”去的，在团队梳理过去十几年里关于锂/钠电池“不燃电解液”的研究，发现了一个惊人现象，几乎所有的工作，都停留在将电解液放在火上烤，看它是否燃烧的阶段。
 
但极少有人把这些所谓的“安全电解液”灌进真正有商业价值的安时级大电池里，去做最严苛的热失控测试，因此电解液不燃烧，就真的等于电池安全吗，这里需要画一个问号。
 
而在真实电池中，一旦发生内短路或过充，局部温度会瞬间飙升。此时，即便电解液本身点不着，但它依然是液体。液体会流动，正负极在高温下依然可以通过液体发生剧烈的副反应，持续释放可燃气体和热量。温度越高，反应越快，最终气压冲破电池壳体，依然会起火爆炸。
 
如果被动阻燃不行，那么是否能够让电解液主动防御，因此，寻找PNE的路线正式开启。PNE的底座其实是磷酸三乙酯（TEP），一种典型的磷酸酯类溶剂，闪点极高，本身就不燃。早在2016年到2022年间，胡勇胜团队及同行就曾尝试用TEP做钠电池电解液。但问题在于，安全是安全了，电池循环寿命崩了。
 
原因在于界面问题，钠离子电池的负极通常是硬碳，而TEP分子和钠离子的结合太紧了，导致钠离子很难进入到负极。同时，它在负极表面形成的固体电解质界面膜（SEI）粗糙且脆弱。
 
为此，团队在配方中加入了四氟硼酸钠（NaBF₄），与常用的六氟磷酸钠（NaPF₆）打配合。通过分子动力学模拟，他们发现NaBF₄像一个“润滑剂”，巧妙地挤进了TEP和钠离子之间，降低了钠离子的脱身难度。
 
基于不可燃的TEP，最终实现了电解质的热致聚合功能，即在高温下快速固化形成隔断层。更难得的地方在于，极高的安全性并未以牺牲电池的综合性能为代价，还让这款PNE拥有了许多优秀性能，例如电池能在-40°C到60°C的极端温度范围内稳定运行。耐受电压超过4.3V，有助于提升电池的能量密度。并且所有关键材料均为成熟的工业化产品，无需开发新供应链，大幅降低了量产门槛和成本。
 
补齐关键短板，加速钠电池商业化进程
 
长期以来，安全性是制约钠离子电池在电动汽车、大规模储能等高要求领域大规模应用的关键瓶颈。在大型储能招标中，哪怕概率极低的热失控，一旦发生就是灾难性事故。
 
不过随着PNE的加入，将与磷酸铁锂电池拉开代差。目前磷酸铁锂电池在极端针刺或大面积内短路下，依然存在冒烟甚至起火的风险。PNE让钠电池具备针刺不起火、300度不热失控的特点，这意味着钠电池将有望在高端储能和乘用车市场中得到广泛应用。
 
同时，能量密度做到了211 Wh/kg，甚至能在-40°C到60°C的宽温域内工作，意味着PNE的加入并未降低电池的性能，反而依靠着高安全性以及优异的电化学表现，足以让这种方案被放在市场中审视。
 
除了PNE的所有材料体系未脱离现有供应链外，其工艺也高度兼容现有的设备。因为PNE在常温下是液态，意味着这种产品极大概率可以直接沿用现有的“注液-化成-封口”工艺，不需要像固态电池那样去搞昂贵的等静压或特殊界面处理设备，也让这种技术从实验室中走向中试线的技术摩擦成本大幅降低。
 
而在计算电池的经济账时，不能只看电芯的成本，还需要看Pack和系统成本。PNE的热失控免疫能力，可以在系统端省下巨量成本。
 
既然电芯能够在300度以下保证不燃烧，那么Pack级别的液冷系统设计就可以大幅简化，甚至在一些温和场景向风冷降级。
 
大型储能集装箱需要配备极其昂贵的七氟丙烷、全氟己酮等灭火系统和防爆泄压结构。如果电芯本身不燃不爆，这些系统级的防护措施可以砍掉一半预算。电芯端可能因为TEP稍微贵了几毛钱，但在系统端省下了几块钱，这才是产业界最看重的投入产出比。
 
因此在户储与工商业储能中，这些场景位于人员密集区，对消防验收极其严格，且往往没有专业人员实时维护。PNE钠电池将成为这个领域最具政治正确性和商业安全感的选项。
 
此外在两轮/三轮车市场中，一直在寻找比铅酸轻、比锂安全的方案。PNE的出现，意味着钠电在两轮车领域可以彻底抛弃昂贵的阻燃PACK设计，用最低成本实现安全换代。在基站与数据中心备用电源上，都是对火灾零容忍的场景，PNE钠电可以直接打入这个高毛利、高门槛的市场。
 
总结
 
钠离子电池本身就具备资源丰富、成本低廉的优势。在解决了安全问题后，其综合竞争力得到质的飞跃。2026年被视为钠离子电池从技术验证走向规模化量产的关键窗口期，此次突破有望驱动产业进入高增长的快车道。显然，PNE的推出，不仅是一项技术上的重大创新，更是推动钠离子电池产业走向规模化、商业化应用的关键催化剂。