鈉離子電池（SIBs）因鈉資源豐富且成本低廉，在大規模儲能領域極具前景。然而，商用有機電解液中不穩定的電極-電解液界面及痕量水分（H?O）嚴重限制了電池循環壽命。

傳統NaPF?/碳酸乙烯酯（EC）基酯類電解液對水分高度敏感（<20 ppm），H?O會引發溶劑/鹽的水解反應，產生HF并加速固體電解質界面（SEI）溶解。現有策略（如分子篩吸水、犧牲型添加劑）無法持續抑制再生水導致的界面副反應，且難以兼顧硬碳（HC）負極與P2型層狀氧化物正極的界面兼容性。此外，通過開發新型鹽/溶劑優化SEI的方法成本高昂，且無法同時解決電解液水解問題。因此，設計兼具抑制水分腐蝕與構建穩定界面雙重功能的電解液添加劑至關重要。

圖1 ISPBS在電解液相中的水分束縛機制及界面吸附行為

鄭州大學陳衛華、北京化工大學張志國等研究者設計了一種鎖鏈型添加劑——4,4'-(1,4-亞苯基雙(氧基))-雙(丁烷-1-磺酸鈉)-15-冠醚-5（ISPBS），實現了從體相到界面的電解液優化。在電解液相中，ISPBS的親水性磺酸基團（-SO??）和15-冠醚-5通過吸附將活性聚集態水（強氫鍵）轉化為非活性水（弱氫鍵），有效抑制水分誘導的電解液分解。在電極界面，ISPBS優先吸附于硬碳表面，置換雙電層（EDL）內的溶劑，形成富含苯基的硫化物SEI，加速Na?傳輸；同時在Na?.??Ni?.??Mn?.??O?（NNM）正極構建穩定陰極電解質界面（CEI），改善Na?遷移動力學。基于ISPBS電解液的HC||NNM全電池在500 mA g?¹下循環2000次，基于活性物質總質量的高比能量達191.7 Wh kg?¹。此外，ISPBS可兼容鋰離子電池酯基電解液，提升石墨/Si-C負極循環穩定性。

圖2 電極在ISPBS電解液中的循環穩定性對比

鎖鏈型ISPBS添加劑通過"體相-界面"協同優化策略，解決了鈉離子電池中水分腐蝕與界面不穩定的核心問題。其親水基團（-SO??/15-冠醚-5）通過強吸附（-1.54 eV）束縛活性水，抑制電解液水解；優先吸附特性置換界面溶劑，形成富含苯基/硫化物的薄層（10 nm）SEI（含Na?S、RSO?R等），兼具高離子電導率和機械強度，抑制SEI溶解再生。分子動力學模擬證實ISPBS降低Na?溶劑化數（EC從2.62減至2.35），加速脫溶劑化。HC負極的準金屬鈉簇（Knight位移728 ppm）和NNM正極的低阻抗CEI（R??降低49%）協同提升儲鈉可逆性。全電池在500 mA g?¹下實現2000次長循環（單圈衰減率0.017%），比能量達191.7 Wh kg?¹，軟包電池驗證了其實際應用潛力。該策略可擴展至鋰離子電池（石墨/Si-C負極），為高安全、長壽命電池電解液設計提供新思路。

Li, W., Duan, Y., Ge, S. et al. Locking-chain electrolyte additive enabling moisture-tolerant electrolytes for sodium-ion batteries. Nat Commun 16, 6405 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61603-6