来源：每日电池

钠金属电池在限制金属含量或采用无负极构型时，具有显著潜力：既能降低金属钠带来的安全风险，又能实现高能量密度并减少环境影响。

然而，由于充放电循环中钠源的不可逆消耗，缺乏持续钠供应会直接导致电池性能快速衰减。

因此，亟需就如何提高钠金属电池中的金属利用率进行系统深入的综述，重点阐释其失效机制并探讨延长电池寿命的策略。

2025年9月22日，南开大学焦丽芳在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Toward Anode-Free Sodium Metal Batteries: Engineering Metal Utilization from Excess to Zero》的研究论文，Pei Liu为论文第一作者，焦丽芳为论文通讯作者。

本综述深入讨论了金属利用率与放电深度之间的关系，以及从非受控钠含量向无负极构型过渡的桥梁。

在此基础上，本文将聚焦金属利用率的变化，阐明不同钠含量场景（限制金属含量与无负极构型）下钠金属电池的独特特性及设计策略，系统梳理其构型、工作机制、固有优势及面临的挑战，同时重点介绍性能提升的最新进展，并对钠金属电池的未来研究方向进行展望。

图1：钠基电池构型对比与研究趋势。a) 不同电池构型示意图：传统钠离子电池、钠金属电池与无负极钠金属电池；b) 钠离子电池、钠金属电池与无负极钠金属电池关键性能指标雷达对比图，包括能量密度、价格、重量、寿命及安全性；c) 基于Web of Science数据库以无负极钠电池为关键词检索得到的2015年至2025年6月相关出版物数量统计。

图2：无负极钠金属电池当前研究趋势简表。

图3：放电深度计算示意图。a) 传统钠金属电池充放电过程示意图及对应的放电深度计算公式；b) 实现100%放电深度的无负极钠金属电池示意图。

图4：降低钠金属箔负极厚度的策略。a) 通过熔融灌注法在NiSb-CC上制备高面容量钠金属负极的示意图；b) 基于不同宿主材料的钠金属负极对称电池在1 mAh cm-2电流密度下的耐久性对比；c) 通过自调节机制实现平滑钠沉积的示意图。 d) 增强NaIn61复合箔机械加工性能的强化机制示意图；e) 纯钠箔与NaIn61复合箔的粘度测试及对应实物照片。

图5：预沉积钠金属负极的策略。a) 裸铜集流体与KJB@Cu集流体上钠沉积机理示意图；b) 对应的原位空间分辨EPRI结果。c) At-Sn@HCN材料结构示意图及其沉积形貌；d) 不同放电深度下的性能表现。e) 盐类（星形）与溶剂（圆点）还原电势的计算结果示意图；f) 0.5 M NaOTf-DEGDME/DOL (2:8) 电解质在-40°C下的形貌特征与杨氏模量；g) 电解质溶液电阻变化；h) 在+20°C至-80°C温度区间内对应的离子电导率。

有限金属含量及无负极钠金属电池的发展，旨在实现能够与现有储能技术竞争的高能量密度钠基体系，同时解决资源稀缺、成本、安全性和低温运行等关键挑战。

在负极侧无过量钠存在的条件下，最大化活性钠的利用率、提升放电深度与库仑效率至关重要。

深入理解负极侧的钠沉积/剥离行为，并合理设计稳定的负极界面，是延长无负极钠金属电池长期性能的关键因素。

本综述系统阐述了从传统钠基电池到无负极构型的演进路径，包括采用有限金属含量负极的过渡性策略，进而重点聚焦于提升电池性能与耐久性的最新研究进展。

Toward Anode-Free Sodium Metal Batteries: Engineering Metal Utilization from Excess to Zero. Angew. Chem. Int. Ed., 2025.