固态钠电池界面挑战与研究进展!南京大学郭少华教授团队,最新EES综述!

钠资源储量丰富、成本低廉，钠基电池被认为是面向大规模储能的重要候选体系。相比传统液态电解液电池，固态钠电池（SSSBs）采用不可燃固态电解质，有望进一步提升电池安全性，并兼顾能量密度和长期稳定性。然而，固态电池并不意味着“天然稳定”。在固态钠电池中，真正决定电池寿命、安全性和倍率性能的关键，往往隐藏在固态电解质与电极之间的埋藏界面。

2026年5月6日，南京大学郭少华教授团队在《Energy & Environmental Science》发表题为“Navigating interfaces in solid-state sodium batteries: challenges, solutions, and future directions”的综述论文。该综述系统梳理了固态钠电池中电解质/负极和电解质/正极界面的核心挑战，并从先进固态电解质、复合钠负极、复合正极、功能界面层、薄膜沉积、超声焊接、纳米结构、三维架构、计算模拟和先进表征等多个维度，总结了当前固态钠电池界面调控的最新进展。

固态钠电池的界面问题首先集中在钠金属负极一侧。钠金属具有高反应活性和较大的离子半径，在沉积/剥离过程中容易产生不均匀沉积，诱导钠枝晶生长。枝晶一旦穿透固态电解质，就可能造成内部短路，严重威胁电池安全。同时，钠金属与固态电解质之间形成的SEI往往不稳定，若界面层同时具备电子和Na⁺传输能力，就会形成混合导电界面，使电解质分解反应难以自限，持续消耗钠金属和固态电解质，导致阻抗升高和循环衰退。

除化学副反应外，机械失效也是固态钠电池界面退化的重要来源。钠沉积会带来体积膨胀，钠剥离则会产生孔洞和接触损失，反复循环后容易造成界面脱层、“死钠”形成和局部电流集中。综述指出，堆叠压力并非越高越好：压力不足会导致点接触和局部电流热点，而过高压力又可能将柔软钠金属挤入固态电解质孔隙或缺陷中，引发新的短路风险。因此，固态钠电池界面稳定性本质上是电化学、化学和力学耦合问题。

在正极侧，界面问题同样复杂。高电压钠离子正极可能超出固态电解质的电化学稳定窗口，引发副反应并生成阻抗层。硫化物电解质虽具有较高离子电导率和良好可加工性，但在高电压正极侧容易发生氧化分解；卤化物和氧卤化物电解质具有更好的正极侧氧化稳定性，但仍受到离子电导率、晶界阻抗和界面接触不足等限制。对于实际复合正极而言，高活性物质负载还必须同时维持连续的Na⁺传输网络和电子传输网络，否则会出现“理论能量密度提高、实际利用率下降”的矛盾。

针对上述问题，综述重点总结了多类解决策略。在固态电解质方面，硫化物、氧化物、卤化物、聚合物、复合电解质和硼氢化物体系各有优势与短板。例如，非晶NaTaCl₆室温离子电导率可达4 mS cm^-1；NaNbCl₄O相比NaNbCl₆实现近两个数量级的电导率提升，并具有更好的机械适应性。对于钠负极，Na-Sn、Na-K等合金化策略，以及Na-TiO₂、Na-SiO₂、Na₃P等复合钠负极，可通过改善润湿性、缓冲体积变化和均匀Na⁺通量来提升界面稳定性。

界面层构筑是另一条重要路径。例如，GaIn液态金属界面层可与钠反应形成Ga₄Na和NaIn合金，将界面阻抗从1095.1 Ω降至21.6 Ω，并支持对称电池在0.05 mA cm^-2下稳定循环超过6500 h。薄膜沉积、原子层沉积、分子层沉积、化学气相沉积等方法能够构建超薄、均匀、可控的人工界面层；而超声固态焊接则可在约1 min内实现Na与NZSP固态电解质的紧密结合，组装的Na|NZSP|Na₃V₂(PO₄)₃全电池循环超过900圈后容量保持率达89.81%。

1、系统总结固态钠电池电解质/负极与电解质/正极界面的关键失效机制，包括钠枝晶、SEI不稳定、界面脱层、电化学副反应、界面阻抗和正极相变等问题。

2、全面梳理先进固态电解质、复合钠负极、复合正极、功能界面层、薄膜沉积、超声焊接、纳米结构和三维架构等界面调控策略。

3、强调DFT、分子动力学、多尺度建模、机器学习以及原位/非原位表征技术在固态钠电池界面设计中的重要作用，为从经验试错走向理性设计提供路线图。

图1 固态钠电池关键界面挑战

图2 固态钠电池界面设计路线图

图3 固态钠电池中钠枝晶的形成与生长

图4 固态钠电池中SEI的不稳定性

图5 固态钠电池Na/SSE界面的机械失效与界面脱层

该综述从界面化学、界面力学、微结构调控和计算预测等角度，系统阐明了固态钠电池商业化面临的核心瓶颈。固态钠电池的发展不能只依赖高离子电导率材料，还必须同时解决界面反应、固-固接触、力学失配和制造放大等问题。未来，通过可规模化界面工程、实时压力与原位表征、AI/ML辅助材料筛选和工艺优化，有望推动固态钠电池从实验室器件走向低成本、高安全和长寿命储能应用。

文献链接：https://doi.org/10.1039/D6EE01558A

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