雷丹妮教授、王成新教授团队在无负极钠金属电池领域取得进展

       作为极具潜力的后锂离子电池技术，无负极钠金属电池具备突出的性能与成本优势。该电池无需预置钠金属负极，在首次充电过程中，钠离子从正极脱出后，会在负极集流体表面原位沉积金属钠。这一工作机制，有效提升了电池的能量密度，同时大幅度降低了电池制造成本。

       然而，目前该体系仍存在显著的技术瓶颈。钠金属沉积过程中，极易形成疏松、稳定性差的枝晶。同时，金属钠具有较高的反应活性，会持续引发电解液分解，不断生成SEI膜。在放电过程中，部分金属钠会因失去电接触而形成“死钠”，丧失循环活性。这一问题会造成电池内部活性钠库存持续损耗，进一步加剧正极结构退化，最终导致电池容量快速衰减，严重影响电池循环寿命。

       原有策略：正极预钠化，虽可补充部分钠损失，但往往伴随着正极晶格不可逆畸变及界面副反应加剧；构建亲钠集流体，虽促进了钠均匀沉积，但难以解决活性钠持续消耗的问题。因此，如何实现钠金属无枝晶沉积与活性钠原位补偿的协同调控，已然成为无负极钠金属电池产业化发展中亟待解决的关键科学问题。

       中山大学材料科学与工程学院雷丹妮教授、王成新教授团队长期致力于铝基纳米材料的可控制备与功能化应用基础研究，依托前期在铝基纳米材料领域取得的重要成果（Science, 2017,355, 267），实现了铝基纳米材料的批量制备，并从原子、分子维度精准调控其微观结构与理化特性，成功开发出系列创新型二次电池体系，为解决电池界面稳定性难题提供了全新的设计策略与技术路径（Nature Communications, 2022, 13,1297; National Science Review, 2025, 12, nwaf182；Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202506662）。

       基于此，研究团队提出了一种兼具钠沉积调控与活性钠自补偿功能的集流体设计策略。采用一步常温工艺制备的富镓多晶铝集流体(AlGa)，可利用晶界实现铝离子的可控溶解，溶解的铝离子可改变电解液的局部配位环境，扰动钠离子的溶剂化平衡，促进钠离子向正极迁移并完成电荷补偿，从而稳定正极Na3V2(PO4)3(NVP)的晶体结构。研究团队构建了正极负载量高达47.4 mg cm⁻²的全电池，基于正极、负极、隔膜与电解液进行计算，电池实现了201.5 Wh kg⁻¹的高比能量（见图1）。此外，扣式全电池（正极载量11.4 mg cm⁻²）可以稳定循环超过400圈，超过同时期报道的水平（见图2）。本研究提出了一种全新的集流体设计策略，可推广至其它无负极电池体系。

       该工作以“Grain boundary engineered aluminum current collector for energy-dense initially anode-free sodium metal batteries”为题在线发表在期刊Nature Communications上(DOI：https://doi.org/10.1002/anie.202506662）。我院2024级博士研究生郑雪盈为论文第一作者，共同通讯作者是王成新教授及其团队雷丹妮教授。中山大学材料科学与工程学院为论文唯一完成单位。该研究工作得到国家自然科学基金以及中山大学测试中心的大力支持。

图1AlGa集流体诱导活性钠原位自补偿的工作机制

图2AlGa||NVP全电池性能

初审：袁湛楠

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军