電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）近期，國(guó)際科學(xué)期刊《自然·能源》中刊登了一篇《Thermal runawayfree amperehourlevel Naion battery via polymerizable nonflammable electrolyte》的文章，里面提出了一種“可聚合不燃電解質(zhì)（PNE）”，只要使用這種電解質(zhì)，電池一過(guò)熱就會(huì)自己凝固斷電，從根源上杜絕起火爆炸。

該研究團(tuán)隊(duì)還將電解質(zhì)應(yīng)用在最容易引發(fā)熱失控、燃燒的鈉電池中，首次在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)“熱失控”的徹底阻斷，而這項(xiàng)重要技術(shù)成果來(lái)自中國(guó)科學(xué)院物理研究所胡勇勝團(tuán)隊(duì)以及相關(guān)合作單位。

神奇的PNE

在新能源領(lǐng)域，電池的安全焦慮幾乎從未消散，行業(yè)中存在一個(gè)根深蒂固的常識(shí)，那就是只要把電解液做到點(diǎn)不著，那么電池就安全了。但近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所胡勇勝團(tuán)隊(duì)在《自然·能源》上甩出了一篇重磅論文，把這個(gè)“常識(shí)”徹底擊碎。

其實(shí)最開(kāi)始，胡勇勝團(tuán)隊(duì)并不是沖著“可聚合”去的，在團(tuán)隊(duì)梳理過(guò)去十幾年里關(guān)于鋰/鈉電池“不燃電解液”的研究，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人現(xiàn)象，幾乎所有的工作，都停留在將電解液放在火上烤，看它是否燃燒的階段。

但極少有人把這些所謂的“安全電解液”灌進(jìn)真正有商業(yè)價(jià)值的安時(shí)級(jí)大電池里，去做最嚴(yán)苛的熱失控測(cè)試，因此電解液不燃燒，就真的等于電池安全嗎，這里需要畫(huà)一個(gè)問(wèn)號(hào)。

而在真實(shí)電池中，一旦發(fā)生內(nèi)短路或過(guò)充，局部溫度會(huì)瞬間飆升。此時(shí)，即便電解液本身點(diǎn)不著，但它依然是液體。液體會(huì)流動(dòng)，正負(fù)極在高溫下依然可以通過(guò)液體發(fā)生劇烈的副反應(yīng)，持續(xù)釋放可燃?xì)怏w和熱量。溫度越高，反應(yīng)越快，最終氣壓沖破電池殼體，依然會(huì)起火爆炸。

如果被動(dòng)阻燃不行，那么是否能夠讓電解液主動(dòng)防御，因此，尋找PNE的路線(xiàn)正式開(kāi)啟。PNE的底座其實(shí)是磷酸三乙酯（TEP），一種典型的磷酸酯類(lèi)溶劑，閃點(diǎn)極高，本身就不燃。早在2016年到2022年間，胡勇勝團(tuán)隊(duì)及同行就曾嘗試用TEP做鈉電池電解液。但問(wèn)題在于，安全是安全了，電池循環(huán)壽命崩了。

原因在于界面問(wèn)題，鈉離子電池的負(fù)極通常是硬碳，而TEP分子和鈉離子的結(jié)合太緊了，導(dǎo)致鈉離子很難進(jìn)入到負(fù)極。同時(shí)，它在負(fù)極表面形成的固體電解質(zhì)界面膜（SEI）粗糙且脆弱。

為此，團(tuán)隊(duì)在配方中加入了四氟硼酸鈉（NaBF?），與常用的六氟磷酸鈉（NaPF?）打配合。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，他們發(fā)現(xiàn)NaBF?像一個(gè)“潤(rùn)滑劑”，巧妙地?cái)D進(jìn)了TEP和鈉離子之間，降低了鈉離子的脫身難度。

基于不可燃的TEP，最終實(shí)現(xiàn)了電解質(zhì)的熱致聚合功能，即在高溫下快速固化形成隔斷層。更難得的地方在于，極高的安全性并未以犧牲電池的綜合性能為代價(jià)，還讓這款PNE擁有了許多優(yōu)秀性能，例如電池能在-40°C到60°C的極端溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。耐受電壓超過(guò)4.3V，有助于提升電池的能量密度。并且所有關(guān)鍵材料均為成熟的工業(yè)化產(chǎn)品，無(wú)需開(kāi)發(fā)新供應(yīng)鏈，大幅降低了量產(chǎn)門(mén)檻和成本。

補(bǔ)齊關(guān)鍵短板，加速鈉電池商業(yè)化進(jìn)程

長(zhǎng)期以來(lái)，安全性是制約鈉離子電池在電動(dòng)汽車(chē)、大規(guī)模儲(chǔ)能等高要求領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。在大型儲(chǔ)能招標(biāo)中，哪怕概率極低的熱失控，一旦發(fā)生就是災(zāi)難性事故。

不過(guò)隨著PNE的加入，將與磷酸鐵鋰電池拉開(kāi)代差。目前磷酸鐵鋰電池在極端針刺或大面積內(nèi)短路下，依然存在冒煙甚至起火的風(fēng)險(xiǎn)。PNE讓鈉電池具備針刺不起火、300度不熱失控的特點(diǎn)，這意味著鈉電池將有望在高端儲(chǔ)能和乘用車(chē)市場(chǎng)中得到廣泛應(yīng)用。

同時(shí)，能量密度做到了211 Wh/kg，甚至能在-40°C到60°C的寬溫域內(nèi)工作，意味著PNE的加入并未降低電池的性能，反而依靠著高安全性以及優(yōu)異的電化學(xué)表現(xiàn)，足以讓這種方案被放在市場(chǎng)中審視。

除了PNE的所有材料體系未脫離現(xiàn)有供應(yīng)鏈外，其工藝也高度兼容現(xiàn)有的設(shè)備。因?yàn)镻NE在常溫下是液態(tài)，意味著這種產(chǎn)品極大概率可以直接沿用現(xiàn)有的“注液-化成-封口”工藝，不需要像固態(tài)電池那樣去搞昂貴的等靜壓或特殊界面處理設(shè)備，也讓這種技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室中走向中試線(xiàn)的技術(shù)摩擦成本大幅降低。

而在計(jì)算電池的經(jīng)濟(jì)賬時(shí)，不能只看電芯的成本，還需要看Pack和系統(tǒng)成本。PNE的熱失控免疫能力，可以在系統(tǒng)端省下巨量成本。

既然電芯能夠在300度以下保證不燃燒，那么Pack級(jí)別的液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)就可以大幅簡(jiǎn)化，甚至在一些溫和場(chǎng)景向風(fēng)冷降級(jí)。

大型儲(chǔ)能集裝箱需要配備極其昂貴的七氟丙烷、全氟己酮等滅火系統(tǒng)和防爆泄壓結(jié)構(gòu)。如果電芯本身不燃不爆，這些系統(tǒng)級(jí)的防護(hù)措施可以砍掉一半預(yù)算。電芯端可能因?yàn)門(mén)EP稍微貴了幾毛錢(qián)，但在系統(tǒng)端省下了幾塊錢(qián)，這才是產(chǎn)業(yè)界最看重的投入產(chǎn)出比。

因此在戶(hù)儲(chǔ)與工商業(yè)儲(chǔ)能中，這些場(chǎng)景位于人員密集區(qū)，對(duì)消防驗(yàn)收極其嚴(yán)格，且往往沒(méi)有專(zhuān)業(yè)人員實(shí)時(shí)維護(hù)。PNE鈉電池將成為這個(gè)領(lǐng)域最具政治正確性和商業(yè)安全感的選項(xiàng)。

此外在兩輪/三輪車(chē)市場(chǎng)中，一直在尋找比鉛酸輕、比鋰安全的方案。PNE的出現(xiàn)，意味著鈉電在兩輪車(chē)領(lǐng)域可以徹底拋棄昂貴的阻燃PACK設(shè)計(jì)，用最低成本實(shí)現(xiàn)安全換代。在基站與數(shù)據(jù)中心備用電源上，都是對(duì)火災(zāi)零容忍的場(chǎng)景，PNE鈉電可以直接打入這個(gè)高毛利、高門(mén)檻的市場(chǎng)。

總結(jié)

鈉離子電池本身就具備資源豐富、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。在解決了安全問(wèn)題后，其綜合競(jìng)爭(zhēng)力得到質(zhì)的飛躍。2026年被視為鈉離子電池從技術(shù)驗(yàn)證走向規(guī)?；慨a(chǎn)的關(guān)鍵窗口期，此次突破有望驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高增長(zhǎng)的快車(chē)道。顯然，PNE的推出，不僅是一項(xiàng)技術(shù)上的重大創(chuàng)新，更是推動(dòng)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)走向規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵催化劑。