钠离子电池凭借其钠资源储量丰富、成本低廉的优势，已成为锂离子电池之后最具商业化潜力的储能技术之一。然而，其实际应用受限于较低的能量密度。提高其能量密度的可行路径是采用高电压、高容量的正极和负极材料，而这些电极材料对电解液提出了苛刻且多样的要求，包括耐高电压氧化、适应大体积膨胀、抑制副反应等。因此，针对特定电极体系设计匹配的液态有机电解液，是解锁钠离子电池全部潜力、推动其商业化的关键。
近日，西安交通大学金属材料强度全国重点实验室微纳中心薛伟江教授课题组在国际知名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上发表题为《高能量钠离子电池液态有机电解液关键基础问题、技术现状及发展前景》（“Fundamentals, Status, and Prospects of Liquid Organic Electrolytes for High-Energy Sodium-Ion Batteries”）的综述文章，系统解析了钠离子电池与锂离子电池电解液设计的基本原则，汇总了钠离子电池电解液设计面临的挑战与指导原则。文章聚焦于更接近商业化的液态有机电解液，总结了面向不同类型高能量正极，如层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物的电解液设计进展，并探讨了适用于高容量负极的电解液策略。此外，综述还涵盖了面向实际运行条件，如快充、宽温域、安全性的电解液设计，并从全电池性能、成本与可行性等产业化角度展望了未来发展方向。
该综述不再是单纯以电解液组分为中心的传统叙述方式，而是构建了一个以应用为导向的框架，在该框架中，精准梳理不同正负极材料与应用场景下的关键科学问题，将电解液的设计原理与电极化学以及实际应用场景紧密契合。通过将新型溶剂/电解质分子结构设计与高能量电极材料的发展趋势与不断演变的应用场景进行整合，旨在架起实验室科学原理创新与工业界电解液工程之间的桥梁，为下一代高能量钠离子电池的研发与产业化提供指导。
图1. 匹配不同电极与运行需求的钠离子电池电解液设计概述
图2. 层状氧化物正极所面临的挑战及电解液改性策略、关键性能指标雷达图、充电截止电压与全电池能量密度的关系以及主要挑战。薛伟江课题组提出的分子间增强磺酰胺基电解液的溶剂化结构，及其对高电压钠离子软包电池中过渡金属溶解的拟制和界面稳定的机制（e）。
图3. 大尺寸电池的电解液设计原则与成本分析
虽然快速迭代现有溶剂–盐–添加剂配方仍是近期商业化的最高效路径，但新电解液分子的发现与设计对钠离子电池领域实现长期突破至关重要。尽管新型分子的最终使用需在接近商业化时仔细评估制造成本、环境影响和供应链可行性（这些主要由产业驱动），但从学术角度看，推动分子创新和深化机理理解已构成对该领域的有意义且必要的贡献。为加速进展，高通量实验、计算筛选和人工智能（AI）正成为日益强大的工具。预测理化性质和电化学行为的建模工作——如分子宇宙式计算框架——可在合成前快速识别有前景候选物。同时，自动化电解液配方平台和高通量电池测试系统显著缩短了电解液优化的迭代周期。展望未来，将分子设计、合成、电解液配方、电池制备和电化学测试完全整合于统一的高通量与AI辅助工作流中，将是加速发现并实现下一代先进钠离子电池电解液极具前景的方向。
论文第一作者为西安交通大学材料科学与工程学院博士生崔新科和科研助理丁水涔。西安交通大学材料学院薛伟江教授、化学学院郗凯教授、中国科学院物理所陆雅翔研究员、容晓晖研究员，大连化学物理研究所郑琼研究员等人为共同通讯作者。该论文依托金属材料强度全国重点实验室，同时得到国家重点研发计划青年科学家项目（项目编号：2022YFB3807800，中国科学院物理所主持，中国科学院大连化物所和西安交通大学为合作研究单位）的资助支持。
论文链接：Fundamentals, Status, and Prospects of Liquid Organic Electrolytes for High-Energy Sodium-Ion Batteries. Adv. Mater. 2025, e19965
https://doi.org/10.1002/adma.202519965
【西安交通大学材料学院薛伟江教授简介】
薛伟江：西安交通大学教授，博导，入选国家级青年人才项目，斯坦福−爱思维尔（Elsevier）全球前2%顶尖科学家。2016年至2021年于麻省理工学院李巨教授课题组从事博士后研究。长期从事锂/钠二次电池方面研究，在电池全部件（正极、负极、电解液、隔膜等）及实际器件的设计与优化等方面积累了大量经验，在新型耐高压电解质分子结构设计及高比能锂/钠电池等方面，取得了一系列具有国内和国际先进水平的研究成果。在国内外知名学术期刊上发表78篇，其中多篇以第一作者/通讯作者发表在Nature Energy（2篇）、Nature Communications（2篇，2025/2026年）、Advanced Materials（2025年，4篇）、Angewandte Chemie International Edition（2025年）、Energy & Environmental Science、Matter、ACS Nano、Advanced Functional Materials等知名材料与能源领域高水平期刊。主持国家自然科学基金面上项目、多项重要企业合作研发项目，并作为合作单位负责人承担国家重点研发计划青年科学家项目。担任Nature、Nature Sustainability、Nature Communications、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society等近30种化学、能源、材料领域著名期刊审稿人和仲裁审稿人。
薛伟江教授个人主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xueweijiang
