在国家自然科学基金项目（批准号：52394170、52394174）等资助下，中国科学院物理研究所胡勇胜研究员与合作者在全固态钠电池研究方向取得新进展。相关研究成果以“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，于2025年9月5日在线发表于《自然·能源》（Nature Energy）。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-025-01857-y。
固态钠电池因其钠资源丰富、成本低廉及本征安全性高等优势，被视为下一代大规模储能技术的重要候选体系。发展高电压正极材料是提升固态钠电池能量密度的关键路径，但会伴随正极/电解质界面不稳定性问题。在基于聚环氧乙烷（PEO）基聚合物电解质的全固态体系中，高于约3.8 V（vs. Na⁺/Na）时聚合物电解质易发生氧化分解，引发持续的界面副反应与性能衰减。研究表明，构建稳定的人工正极–电解质界面（Cathode electrolyte interphase，CEI）是抑制副反应的关键，但传统表面包覆策略常因忽视正极材料的晶格失配与各向异性，导致包覆层呈非连续“岛状”分布、局部界面持续劣化，难以满足高电压工况下的长期稳定性需求。
针对上述挑战，中国科学院物理研究所胡勇胜研究员与合作者选取典型高电压正极材料 Na₃V₂O₂(PO₄)₂F（NVOPF）作为模型体系，创新性地提出了一种基于配体吸附调控的室温外延生长策略，成功实现了在正极颗粒表面上各向同性的金属有机框架（Metal organic framework, MOF）人工界面层的原位构筑。该MOF外延层与NVOPF基底间具有良好的晶格匹配性，能够在正极材料表面构筑连续、致密且晶面一致性良好的保护层。经MOF外延层修饰后，氧化起始电位被推至约4.27 V，成功将PEO的有效工作电压窗口拓展至4.2 V以上。基于该界面工程设计，所组装的PEO基全固态钠电池在4.2 V高截止电压下展现出优异的电化学性能：在0.5C倍率下经过约1500次循环后，容量保持率达到77.9%，远优于未修饰样品（<50%），并在2C高倍率下仍保持0.2C容量的约93%。
该研究为解决全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新的材料设计范式与技术路径。
图 表面工程策略示意图及MOF材料中的Na+扩散路径。(a) 比较传统涂层、各向异性外延层和各向同性外延层的生长行为；(b) MOF外延层设计的示意图；(c) 经PEO处理的MET-6的1H-13C HetCor NMR谱；(d) 在t = 10 ps时AIMD轨迹的快照；(e) 相应的MSD曲线