电子科技大学吴孟强教授团队在权威期刊发表重要研究成果：打破“离子-电子”权衡困境，实现全固态钠金属电池正极界面的长期稳定

短讯：中国电子学会近日公布了2025年度拟评定会士名单，共有11位在电子信息领域做出系统性贡献的顶尖学者入选。电子科技大学朱策教授凭借在视频处理与编码通信方面的突出成就获得提名。

朱策教授（56岁）是IEEE/Optica Fellow、国家级领军人才，长期深耕视频与图像智能处理、编码通信领域，并连续多年入选“中国高被引学者”榜单。此次他由戴琼海会士提名，进一步彰显了成电在信号处理方向的学术地位。

电子科技大学吴孟强教授团队在材料科学领域权威期刊 《Energy Storage Materials》发表一项重要成果，打破了“离子-电子”权衡困境，Al-Si共掺杂实现NASICON电解质双重性能突破。

Bandgap-preserving co-doping strategy for NASICON electrolytes withconcurrent optimization of ionic and electronic transport

Doi:10.1016/j.ensm.2025.104547

固态钠电池电解质的“平衡木”难题

在全球储能转型浪潮中，钠离子电池凭借其资源丰富、成本低廉的优势，已成为大规模储能领域的一颗冉冉升起的新星。尤其是在全固态钠电池领域，用固态电解质替代易燃的液态电解质，不仅能大幅提升安全性，还能兼容金属钠负极，释放更高的能量密度潜力。在这场技术升级的竞赛中，NASICON型固态电解质因其稳定的三维骨架结构和卓越的离子传导能力，稳稳占据着“种子选手”的席位。

然而，通往产业化的道路并非坦途。NASICON电解质面临着一个看似矛盾的核心挑战：如何同时实现“高速离子通道”与“坚固电子防线”？ 传统的研究思路如同“单腿走路”——为了提升离子电导率而引入金属阳离子掺杂，却无意中削弱了材料的电子绝缘性，为枝晶生长和电池失效埋下隐患；反之，为提高稳定性而调整阴离子比例，又往往以牺牲材料致密性和离子传输效率为代价。

这种顾此失彼的困境，本质上是缺乏对材料“离子-电子”协同输运机制的深刻理解。能否找到一种策略，像为精密仪器同时配备“加速引擎”和“绝缘护盾”一样，让NASICON电解质鱼与熊掌兼得？ 这正是本研究的出发点。团队独辟蹊径，将目光投向铝（Al）和硅（Si）的协同共掺杂，试图在原子尺度上编织一张既能“疏导”钠离子又能“阻隔”电子的智能网络。

全固态钠离子电池（ASSSBs）因高安全性、高能量密度、低成本及长循环寿命，被认为是大规模储能的理想方案。然而，阴极与电解质之间差的界面接触与不稳定的界面结构严重阻碍了其实际应用。在正极与电解质之间引入抗氧化且能原位生成的富含NaF的均匀致密阴极-电解质界面相(CEI)的缓冲层被认为是一种有效策略。最高占据分子轨道（HOMO）通常是被用作衡量分子抗氧化能力使用最广泛的描述符。然而，分子轨道方法往往过度离域，而化学反应性通常是从局部开始，它因分子中的不同位点而异。因此，在试图理解和预测反应行为时，重要的是能够识别和排列出电子最不集中、最易获得，以及电子紧密结合的位点，而非特定的电子轨道上。

研究中，电子科技大学吴孟强教授团队（主要成员：张明，电子科技大学2022级博士；方梓烜，电子科技大学，副教授，硕士生导师，加州大学伯克利分校联合培养博士）首先利用BVSE理论计算筛选出与Na3V2(PO4)3 (NVP)具有相似晶格和离子通道的NASCION型结构固态电解质Na3Zr2Si2PO12(NZSP)，将其球磨后与NVP物理混合形成复合正极，以改善电极应力集中，提高电极的倍率性能。进而，提出最小平均局部离子化能(ALIEmin)分子描述符，与结合能作为双重指标，用于量化、筛选和预测耐高压、并能同时产生弱溶剂化的理想溶剂，为合理设计阴极-电解质界面电解质提供了一个可靠的、可解释的定量模型。电化学表征与理论模拟，均证实了该描述符的有效性。在候选溶剂中， SN因其高的ALIEmin与较低的Na+结合能，且加热时液化，室温下固化等特点，成为了理想耐高压、弱溶剂化电解质的强有力候选者。通过合理设计钠盐与成膜添加剂，基于SN作为主溶剂的电解质中间层组装的NVP@NZSP-SN||NZSP||Na全固态电池在0.1C电流密度下稳定循环超过10000h，为下一代全固态电池阴极-电解质界面的开发提供了一个全新的思路。

本研究围绕全固态钠金属电池正极侧界面失稳，在解决局部应力集中，提高界面离子传输动力学基础上，提出“可解释分子描述符-双指标筛选-原位成膜”的设计框架：以ALIEmin分子描述符表征局域起始氧化倾向、以Na+结合能表征溶剂化强弱，建立“ALIEmin高、Na+结合能低”的筛选准则并确定SN为界面介质。模拟与实验共同表明，基于SN基电解质有助于形成薄且均匀的NaF富集的正极侧CEI，从而抑制副反应并稳定界面传输。

这项研究的意义，远不止于开发出一种高性能电解质。它更在于建立了一套“离子-电子”协同优化的理性设计范式：

1.机制先行：通过多尺度模拟，首次清晰揭示了不同掺杂策略对NASICON局域结构、扩散动力学和电子结构的差异化影响机制。

2. 功能互补：明确了Al和Si在优化体系中扮演的不同角色——Al是“微观结构工程师”和“致密化促进剂”，Si是“扩散通道优化师”和“电子防线守卫者”。

3.协同共赢：创新性地将二者结合，通过共掺杂实现了“1+1>2”的协同效应，解决了离子电导率与电子绝缘性、体相传输与界面稳定性的多重矛盾。

这项工作如同一盏明灯，为固态电解质乃至其他功能材料的设计指明了方向：

未来的材料创新，将越来越依赖于对多物理场、多尺度耦合机制的深刻理解，以及基于此的精巧的“元素组合术”。从实验室的突破到产业的广泛应用，虽然仍有工艺与成本的山峰需要翻越，但这条“理性设计，协同优化”的道路，无疑是通向下一代高安全、高能量密度固态电池的康庄大道。

信息来源：能源学人，科研直通车

吴孟强，电子科技大学材料与能源学院教授、博士生导师。1995年7月至今在电子科技大学一直从事新能源材料与器件技术创新与成果转化应用工作。曾先后在英国剑桥大学材料科学与冶金系、英国诺丁汉大学燃料和能源中心、英国南安普敦大学化学学院从事纳米复合储能材料与器件技术研究。曾任成都市经济和信息化委员会主任助理（挂职）、电子科技大学能源科学与工程学院副院长。近10年来致力于打造三高（高安全高比能量高比功率）一长（长寿命）一宽（宽温域）一低（低成本）”动力和储能电池技术创新体系，在AFM、ESM、Nano Energy、ACS Energy Letters等国际知名期刊发表研究论文180余篇，申请国家发明专利90余件，授权近80件，其中40余件实现了转化应用，转让金额近3000万元，先后建成了超级电容器、铅碳电池、钠离子电池、固态电池及硅碳负极材料等中试或批量生产线。获国家科技进步二等奖

、国防科技进步一等奖、四川省科技进步二等奖各1项。现为中国固态离子学会理事、国家某部委专家、中国高教学会科技服务专委会委员、四川省电子学会新能源技术专委会主任委员、四川省清洁能源产业联盟储能专委会首席专家、四川公路学会交能融合专委会副主任委员、成都市零碳协同创新促进会副理事长等。

原标题：《电子科技大学吴孟强教授团队在权威期刊发表重要研究成果：打破“离子-电子”权衡困境，实现全固态钠金属电池正极界面的长期稳定》

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