從被動到主動，新型“可聚合不燃電解液”體系，使電池在異常升溫時能智能地從液態轉變為固態以筑起物理“防火墻”，從而實現電池在極端條件下的本質安全。

導讀

安全性是電化學儲能技術邁向大規模應用的“生命線”，而熱失控則是引發電池起火、爆炸事故的“頭號元兇”。長期以來，行業普遍將電解液“不可燃”等同于“絕對安全”，但事實遠非如此。

近日，中國科學院物理研究所胡勇勝研究員、陸雅翔研究員、謝飛副研究員團隊聯合吉林大學毛慧燦教授，在《自然·能源》（Nature Energy）發表重磅成果。團隊全球首次實現安時級鈉離子電池“無熱失控”運行，并首次系統證實：即便使用阻燃型磷酸酯電解液，電池仍可能發生嚴重熱失控，徹底顛覆了業界傳統認知。

基于此，研究團隊創新提出“可聚合不燃電解液”新體系（PNE），構建了“熱穩定性—界面穩定性—物理隔離”三位一體安全防護體系。搭載該電解液的 3.5Ah 級電芯順利通過針刺試驗，全程不冒煙、不起火、不爆炸，并在 300°C 極端熱濫用條件下仍保持安全穩定，同時兼具寬溫域、高電壓和長循環壽命等優異性能，為高安全、低成本鈉離子電池的商業化應用掃清了核心障礙。

Part 1

“阻燃”不再等于“安全”：

一個被顛覆的行業共識

電池安全是新能源產業發展的基石。無論是電動汽車、儲能電站，還是消費電子產品，熱失控始終是懸在電池應用頭頂的“達摩克利斯之劍”。所謂熱失控，指的是電池在高溫、過充或機械損傷等異常條件下，內部發生不可控的連鎖放熱反應，最終導致起火甚至爆炸。

近年來，以磷酸酯為代表的阻燃電解液因其自身不可燃特性，一度被視為破解電池安全難題的“金鑰匙”。行業內形成了一種普遍認知：只要電解液燒不起來，電池就是安全的。

然而，胡勇勝團隊通過系統研究發現，這一邏輯存在根本性缺陷。實驗證據表明，即便使用了阻燃型磷酸三甲酯電解液，在安時級電芯的熱濫用測試中，電池仍然發生了劇烈的熱失控。原因在于，單純的不可燃特性并不能阻止高溫下正負極界面副反應的發生，也無法阻斷正負極之間的化學串擾——這些才是熱失控的真正“導火索”。

這一突破性發現，揭示了一個關鍵事實：阻燃不等于熱安全，解決電池安全問題需要從根本上阻斷熱失控的傳播路徑。

Part 2

三位一體：從“被動阻燃”

到“主動阻斷”的技術跨越

針對上述行業痛點，研究團隊創新提出了“可聚合不燃電解液”體系。這套體系的設計哲學并非簡單地“讓電解液燒不起來”，而是構建了一個從源頭到路徑全覆蓋的多層次安全防護網絡，實現了從“被動阻燃”到“主動阻斷熱失控”的技術跨越。

（一）“冷卻系統”：以內置吸熱機制遏制溫升

新型電解液采用磷酸三乙酯（TEP）作為核心溶劑。磷酸三乙酯在高溫條件下具有獨特的吸熱分解特性——當電池內部溫度開始異常升高時，溶劑分子的分解過程會主動吸收大量熱量，相當于在電池內部安裝了一套“內置冷卻系統”，從根源上抵消了放熱反應的啟動能量，阻止熱失控的“第一把火”被點燃。

（二）“智能防火墻”：熱致自聚合形成物理屏障

這套電解液最令人稱奇的設計在于其“熱致自聚合”特性。在正常工作溫度下，電解液保持液態，離子自由穿梭，保障電池的正常充放電。一旦內部溫度越過 150°C 的警戒線，電解液便會在原位發生聚合反應，迅速固化為一張致密的固態聚合物網絡。

這張“智能防火墻”起到了雙重隔離作用：一方面防止隔膜熔化后正負極材料直接接觸造成內部短路；另一方面阻斷正負極之間高溫副反應產物和還原性氣體的交叉擴散，從物理上切斷熱失控的傳播鏈條。這種“遇熱則固”的自保護機制，讓火從根本上“沒有機會燒起來”。

（三）“界面護盾”：雙鹽配方優化電極界面穩定性

傳統磷酸酯類阻燃電解液長期面臨的一個棘手難題是與硬碳負極的兼容性差，界面副反應嚴重，導致電池循環壽命大打折扣。

研 究 團 隊 基 于 四 氟 硼 酸 鈉（NaBF4）和六氟磷酸（NaPF6）的雙鹽體系，精準優化了鈉離子的溶劑化結構。在充放電過程中，這一配方分別在正極和負極表面原位構建了致密穩定的界面保護層——正極側形成含硼元素的 CEI膜，負極側形成富含 PO2 ? 的 SEI 膜，猶如為兩個電極穿上了定制的“護盾鎧甲”。

這套界面設計不僅解決了與硬碳負極的兼容性難題，更在保證安全的同時確保了優異的電化學性能。

Part 3

從實驗室到生產線：

鈉離子電池的產業化前景

這一突破性成果的應用前景令人振奮。研究團隊已經在3.5 Ah 級鋼殼圓柱鈉離子電芯中完成了全面的安全性和電化學性能驗證，結果展現出多維度的競爭優勢。

電化學性能全面“不妥協”。許多人擔心安全性的提升是以犧牲電池性能為代價的，但該體系給出了否定答案。搭載新型電解液的鈉離子電芯展現出優異的循環穩定性，工作溫度范圍覆蓋 ?40°C 至 60°C，高電壓穩定性超過 4.3V，電芯能量密度可達 211Wh/kg。無論是北方的嚴寒還是南方的酷暑，電池都能保持穩定輸出。

極端安全測試“零失誤”。在 100% 滿電狀態下，電芯順利通過針刺試驗——鋼針貫穿電芯后，全程無冒煙、無起火、無爆炸。在加速量熱儀測試和熱濫用實驗中，電芯在300°C 高溫下仍未發生熱失控行為，展現出前所未有的本征安全性。

成本可控，規模化潛力巨大。研究者特別指出，該電解質體系所用原料均為工業化常規產品，不依賴昂貴的高鹽濃度或復雜氟化設計，成本可控且易于規?；a。

該技術不依賴外部 BMS 強干預，從材料內部實現本質安全，可簡化系統設計、降低管理成本，為未來 CTP、CTC 等高度集成設計提供更可靠的安全基礎。

Part 4

總結與展望

從發現“阻燃不等于安全”這一顛覆性認知，到構建“熱穩定性—界面穩定性 —物理隔離”三位一體的安全防護體系，再到在安時級電芯中實現真正意義上的無熱失控運行，胡勇勝團隊的這項工作不僅為鈉離子電池的安全性樹立了新的標桿，更從根本上拓展了業界對電池安全機制的認識邊界。

當然，從實驗室的成功到大規模產業化應用之間仍有一段路要走。當前該體系在更高能量密度場景下的長期可靠性、極端工況老化后的安全邊界等尚需進一步驗證，電解液的大規模合成工藝優化和成本控制也是產業化進程中的必答題。

但可以預見的是，這項兼具“可聚合不燃電解液”獨特安全機制和低成本優勢的技術，將為電動汽車、重型卡車、大規模儲能、特殊場景應用（極地科考、高海拔通信基站）等領域的電池安全提供全新解決方案，也為我國實現“雙碳”目標和能源結構轉型注入強勁動能。

科研團隊信息

本研究成果由中國科學院物理研究所 /北京凝聚態物理國家研究中心清潔能源重點實驗室 E01 組胡勇勝研究員、陸雅翔研究員、謝飛副研究員團隊領銜，聯合吉林大學材料科學與工程學院毛慧燦教授共同完成。論文第一作者為張姣副研究員。合作單位還包括中科海鈉科技有限責任公司、長三角物理研究中心有限公司。

本研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院儲能專項、中國科學院前瞻戰略先導科技專項、京津冀自然科學基金合作專項、中國科學院國際合作伙伴計劃以及第十屆中國科協青年人才托舉工程等項目的支持。

本研究的核心實驗與表征工作依托于中國科學院物理研究所懷柔園區清潔能源材料測試診斷與研發平臺完成。這一成果充分體現了院地合作支撐懷柔綜合性國家科學中心建設、以基礎研究突破驅動關鍵核心技術攻關的示范效應。

來源：懷柔科學城城市客廳新媒體中心 張耀

編輯：柯欣

審核：王汝霖

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