综述：全固态钠离子电池中的离子传输工程：基础、策略与展望

这篇综述系统探讨了全固态钠离子电池（ASSSIBs）中离子传输的机制与挑战，重点分析了固态电解质（ISEs/PSEs/CSEs）的结构特性、电极/电解质界面优化策略，以及提升Na+传导性能的创新方法，为高安全性、高能量密度储能系统开发提供了理论指导。

　　

全固态钠离子电池中的离子传输工程

背景与意义

随着可再生能源需求激增，钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低廉成为锂离子电池（LIBs）的理想替代品。传统液态电解质存在泄漏和易燃风险，而全固态钠离子电池（ASSSIBs）采用固态电解质（SEs），兼具高安全性和能量密度优势。然而，固态体系中迟缓的离子传输严重制约其实际应用，亟需从材料设计到界面调控的系统性解决方案。

固态电解质中的离子传输机制与挑战

无机固态电解质（ISEs）

• Na-β/β″-氧化铝：层状结构中的Na⁺通过空位或间隙机制迁移，但高温合成易导致钠挥发，需通过La³⁺或Ca²⁺掺杂稳定晶格。
• NASICON型电解质（如Na₃Zr₂Si₂PO₁₂）：三维通道中Na⁺协同迁移，但晶界阻抗高，可通过Sc/Ge共掺杂提升电导率至10^-3 S cm^?1。
• 硫化物电解质（如Na₃PS₄）：大尺寸S^2-削弱Na⁺键合作用，立方相较四方相更具3D快速通道，但易水解生成H₂S，需Se^2-部分取代提升稳定性。

聚合物固态电解质（PSEs）
以聚环氧乙烷（PEO）为基体，Na⁺通过链段运动在非晶区跳跃传导。低温下结晶化导致电导率骤降，引入超支化环糊精或共聚全氟聚醚可抑制结晶，同时需优化NaFSI/NaTFSI盐解离效率。

复合固态电解质（CSEs）
无机填料（如TiO₂纳米线）可降低聚合物结晶度并构建界面传导路径，但过量填充会阻塞离子通道。垂直排列的NASICON纳米纤维能将电导率提升至10^-4 S cm^?1，较随机分布体系降低50%活化能。

界面工程策略

阴极/电解质界面

• 有机正极适配：苝四甲酸二酐（PTCDA）等柔性材料可形成紧密接触，相比无机正极（如NaFeO₂）减少界面空隙。
• 原位界面构建：将Na₃V₂(PO₄)₃前驱体渗透至多孔NASICON层后烧结，形成化学键合界面，循环后界面电阻仅增长15%。

钠负极/电解质界面

• 复合负极设计：Na-Sn合金将电位提升至0.3 V（vs. Na/Na⁺），避免Na₃PS₄的还原分解。
• 界面层修饰：原子层沉积（ALD）制备的Al₂O₃纳米层可抑制枝晶穿透，使对称电池循环寿命延长至1000小时。

未来展望

1. 多尺度模拟指导材料设计：结合密度泛函理论（DFT）与机器学习预测新型Na⁺超导体结构；
2. 仿生界面工程：受细胞膜离子通道启发，开发具有选择性渗透功能的聚合物/无机杂化界面；
3. 低温化工艺：发展微波烧结或溶液法制备致密电解质薄膜，降低能耗的同时避免钠损失。

该领域仍需解决成本控制（如避免使用稀土掺杂）与规模化生产的矛盾，推动ASSSIBs从实验室走向储能电网与电动汽车应用。