近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体所功能材料物理与器件研究部在钠离子电池研究方面取得新进展，提出了一种分子级硬碳表面化学策略，通过吡啶氮与羰基协同功能位点主动调控界面阴离子输运，驱动阴离子自下而上逆向通量，重定向电解液分解路径，构筑薄而均匀的富无机固态电解质界面（SEI），实现了硬碳负极首次库仑效率、倍率与循环稳定性的同步提升。相关研究成果以“Anionic Bottom-Up Flux Orchestrated via Hard Carbon Surface Chemistry for Stable Sodium-Ion Batteries”为题发表在Nano-Micro Letters上。

钠离子电池凭借钠资源丰富、成本低廉等优势，在大规模储能领域具有广阔应用前景。硬碳因具有合适的层间距、较高的储钠容量和较低成本，被视为最具商业化潜力的钠离子电池负极材料之一。然而，硬碳负极的界面问题长期制约其实际应用：一方面充放电过程中电解液发生不受控分解，持续消耗活性钠，导致首次库仑效率偏低；另一方面，SEI膜厚薄不均、有机组分过多，会进一步加剧电极衰减。当前主流改性策略多集中于电解液调控或硬碳本体结构优化，但多数研究仍将碳材料视为被动反应基底，缺少主动引导界面离子输运、重塑电解液分解路径的设计思想。

针对上述难题，研究团队在花生壳衍生硬碳表面构筑了吡啶氮与羰基协同功能位点，形成“阴离子捕获-溶剂排斥”差异化微环境。结合分子动力学模拟与DFT计算，团队发现N/O共修饰表面可显著增强PF₆-吸附，使Na⁺-F配位数提升至3.65，同时有效排斥G2溶剂分子，从而建立持续的阴离子浓度梯度，驱动自下而上的阴离子逆向通量。该协同界面还将PF₆-的分解能垒从2.93 eV（氧修饰表面）和3.31 eV（氮修饰表面）大幅降低至0.77 eV，促使电解液分解由溶剂主导转向阴离子优先，最终生成以NaF和Na₂O为主的无机富集SEI。

得益于上述界面调控，改性硬碳R-HC实现了91.9%的高首次库仑效率，可逆容量达368.2 mAh g^-1；在10 A g^-1高倍率下仍保持162.1 mAh g^-1；在1 A g^-1下循环5000次后容量保持率高达96.5%。界面结构表征进一步证实，R-HC表面形成了更薄、更均匀、机械性能更优的无机富SEI，其平均杨氏模量达7.6 GPa，显著高于未改性样品的4.7 GPa。组装的NFPP||R-HC软包全电池能量密度达到239.1 Wh kg^-1，500次循环后容量保持率为91.2%，展现出良好的实用化潜力。

合肥物质院博士后王佩瑶为论文的第一作者，合肥物质院、安徽理工大学与温州大学为论文通讯单位。上述工作得到了中国科学院特别研究助理项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1007/s40820-026-02339-w

图1. MD、DFT理论模拟结果，揭示N/O共修饰表面阴离子富集机制。

图2. 硬碳负极材料的电化学性能与储钠动力学分析。