综述：面向低温应用的钠离子电池先进电解质工程

本综述系统剖析钠离子电池（SIBs）在低温环境下的性能衰减机制，聚焦电解质设计策略（如溶剂工程、浓度调控、新型添加剂与钠盐开发），为突破低温条件下Na+传输动力学限制及界面阻抗激增等瓶颈提供理论依据与技术方向，推动SIBs替代锂电（LIBs）的低温应用进程。

　　

Abstract

鉴于钠资源储量丰富且成本低廉，钠离子电池（SIBs）被视为锂离子电池（LIBs）的重要替代品。其独特的电化学与化学特性表明SIBs在低温操作方面具有巨大潜力。然而，低温会显著降低Na⁺的本征传输速率，急剧增加电池-电解质界面处的Na⁺脱溶剂化能垒，并引发动态固态电解质界面膜（SEI）重构，导致界面阻抗大幅上升。这些问题最终引发容量骤降、功率性能衰退、循环寿命缩短，甚至在低温下完全失效。

电解质低温失效机制

低温环境下，电解质的物理化学性质发生显著变化。钠离子在电解液中的迁移速率受溶剂粘度增加和离子电导率下降的双重制约，导致本体传输效率降低。同时，电极-电解质界面处的Na⁺脱溶剂化过程需要克服更高能垒，成为速率控制步骤。此外，低温下SEI膜的组成和结构发生动态重构，其离子导率下降且稳定性减弱，进一步加剧界面阻抗的上升。

低温电解质优化策略

溶剂工程

通过设计低粘度、低熔点的溶剂体系（如醚类、酯类溶剂及其混合体系），改善低温下的离子传输性能。降低溶剂体系的凝固点并优化其介电常数，可有效增强钠盐解离效率。

浓度调控

高浓度电解质通过减少自由溶剂分子数量，降低Na⁺的溶剂化能，促进界面快速脱溶剂过程。局部高浓度电解质则在保持高传输性能的同时缓解了高粘度带来的负面影响。

新型添加剂与钠盐

功能性添加剂（如成膜剂、润湿剂）可调控SEI组成，增强其低温稳定性和离子导电性。新型钠盐（如含氟磺酸盐、硼基盐类）设计侧重于提高氧化稳定性和低温解离度。

新兴电解质体系

弱溶剂化电解质、低配位电解质等新体系通过优化溶剂化结构，降低脱溶剂势垒，实现低温下更高效的钠离子传输。

展望

未来研究需深入理解低温界面过程的原子级机制，开发兼具高离子电导率、低界面阻抗及宽温域稳定性的电解质体系。通过多尺度模拟与高通量实验相结合，推动SIBs在低温储能领域的实际应用。