【摘要】 科学指南针通过理论计算解析 HOF 隔膜离子传输机理与 NaF 富集 SEI 构建机制，揭示高钠迁移数与阻燃性能的微观本质。

 

一、钠离子传输与界面稳定为何是隔膜核心机理问题？

钠金属电池性能优劣，直接取决于隔膜对钠离子传输效率与电极界面稳定性的调控能力。传统 PP/PE 隔膜缺乏功能性位点，无法实现离子选择性传输，也难以诱导稳定 SEI 生成，最终导致枝晶生长、电池快速衰减。

想要从机理层面突破，必须明确隔膜与离子、电解液之间的相互作用机制。科学指南针通过理论计算与表征分析，完整解析了三聚氰胺氰尿酸盐基 HOF 自支撑隔膜的工作机理。

 

二、HOF 隔膜高 Na⁺迁移数的离子传输机理

该 HOF 隔膜采用溶液自组装 + 热辊压工艺制备，厚度 30μm，骨架内富含 N–H、C=O 极性位点，这是实现高效离子传输的核心。

在科学指南针DFT 结合能计算、分子动力学模拟、径向分布函数（RDF）分析、Na⁺迁移能垒计算、有限元模拟等支持下，研究证实：极性位点可强力吸附 PF₆⁻阴离子并抑制其迁移，减少离子缔合效应，从而将 Na⁺迁移数提升至 0.91，远优于传统 PP 隔膜的 0.77。

同时隔膜具备 30–80nm 多孔结构与 10° 电解液接触角，在 60℃下离子电导率可达 1.57 mS/cm，实现快速、选择性钠离子传输。

 

三、NaF 富集 SEI 构建与阻燃机理解析

1.NaF 富集 SEI 形成机理

HOF 隔膜通过界面相互作用，诱导生成 NaF 占比 86.4% 的 SEI 层，该层杨氏模量约 11 GPa，高模量与高化学稳定性可有效阻挡钠枝晶生长与穿透，从界面层面保障电池长期稳定。

2.本征阻燃机理

隔膜热分解起始温度达 380℃，180℃无尺寸收缩，高温环境下分解释放 NH₃、CO₂等不燃气体，同时在表面形成致密碳氮保护层，阻隔热量传递与可燃气体释放，实现本征阻燃，杜绝热失控风险。

 

四、机理解析对新型电池隔膜开发的指导意义

通过完整机理研究可以明确，HOF 隔膜同时实现了选择性离子传输、稳定 SEI 构建、本征阻燃三大功能。科学指南针的理论计算与机理分析能力，为氢键有机框架材料设计、界面调控策略优化提供了科学依据，也为后续高安全钠金属电池隔膜开发指明了方向。相关机理同样适用于 Na||Na₃V₂(PO₄)₃全电池、软包 Na|| 普鲁士蓝电池等体系的性能提升。

 

论文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-026-02160-5