钠离子电池阵列化负极材料的研究进展

陈瑶 ，董浩洋 ，李园园 ，刘金平 ,＊

1武汉理工大学化学化工与生命科学学院，材料复合新技术国家重点实验室，武汉 430070

2华中科技大学光学与电子信息学院，武汉 430074

1 引言

随着能源消费需求的快速增长，二次电池在储能领域发挥越来越重要的作用。其中，锂离子电池因其环境友好、安全性高以及能量密度高的特性已经成为各类便携式电子设备的重要供能装置，并在新能源汽车领域展现出巨大潜力。然而，锂资源的短缺和储能成本的上涨等因素严重限制了锂离子电池在未来各类储能领域中的应用。相比之下，钠离子电池所用的钠资源丰富、价格低、分布广，且钠和锂的标准电势接近（相对对标准氢电极分别为-2.71和-3.04 V），拥有与锂离子电池相似的电池结构和工作原理，有望辅助甚至替代锂离子电池以满足未来需求1,2。

与锂离子相比，钠离子的半径较大（0.102 nmversus（vs） 0.076 nm），从而导致钠离子电池电化学反应动力学缓慢、可逆性较差以及循环寿命短等问题，阻碍了其商业化应用的发展3,4。纳米材料具有表面活性高、离子传输路径短等优点，有利于提高电极的倍率性能、循环寿命和比容量，是解决上述问题常用的办法。除此之外，研究者通过对材料进行改性优化，例如表/界面设计（导电层包覆、官能团化或修饰复合）和层间距调控（杂质原子/离子掺杂、小分子/聚合物掺杂）等，可以进一步增强材料的导电性和结构稳定性。电极的性能与电极结构密切相关，除了对电极材料进行设计和制备，构建先进的电极结构也是实现高性能钠离子电池的关键所在。……