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“ 1 钠离子电池的研究进展 被引3631次  自1991年锂离子电池首次商业化以来，由两个锂插入电极和不含锂金属的锂离子导电电解液组成的锂离子二次电池（LIB）已成为成功且先进的储能装置，即所谓的锂离子电池。锂离子电池最初是作为便携式电子设备的高能电源开发的，作为一个电池组，其能量通常限制在100Wh以下。钴/镍基层状材料通常用作高能小型电池的正极。 该综述了评论了近几年来国内外对NIBs的研究进展。在过去几年中，许多不同的研究小组发现（并重新研究）了许多不同的钠插入材料。事实上，在2010年后的最近几年中，NIBs上的出版物数量急剧增加。负极材料也得到了新的发展。 在非质子极性溶剂中，Li和Na之间的化学性质存在重要差异。例如，两种系统中的表面钝化工艺明显不同。为钠体系设计更好的电解液和合适的中间相对于实现较长的循环寿命非常重要。综述提供了过去三十年钠离子电池技术的详细和全面的研究进展。综述了不同电极材料的锂和钠体系的相似性和差异，包括晶体学、动力学（固态离子扩散和去溶剂化过程）、锂离子和钠离子化学热力学，包括非质子极性溶剂中的钝化过程等。此外，NIBs的可能性和难度也在该综述中给出，从中作者进一步讨论了NIBs是否会成为LiCoO2具有竞争力和吸引力的电池系统/石墨系统作为应用最广泛的高能4V级锂离子电池。 文章DOI: 10.1021/cr500192f “ 2 可充电钠离子电池电极材料：当前锂离子电池的 潜在替代品 被引2518次  该文简要介绍了用于NIB的各类电极材料。总体而言，目前NIB的性能仍然落后于LIB。与Li相比，Na的大离子尺寸可能在以下方面不利：尤其是合金化合物的体积能量密度和循环稳定性。通常，Na化合物及其Li类似物形成类似的晶体结构，晶格参数、畸变和局部环境差异较小，但在某些情况下，它们形成完全不同的结构。锂和钠化合物的结构竞争差异确实为有趣的新型钠插层材料提供了机会。 石墨是目前锂离子电池技术中最常用的负极材料。 文章DOI: 10.1002/aenm.201200026 “ 3 硬碳电极的电化学钠插入和固体电解质界面及其在钠离子电池中的应用 被引1466次  由于钠的电化学当量和标准电位仅次于锂，因此钠基储能对于实现无锂高能高电压电池具有重要意义。然而，据我们所知，目前还没有关于用于电池应用的电化学钠插入材料的成功报道；主要的挑战是负极及其钝化。在这项研究中，作者实现了硬碳和层状NaNi 0.5 Mn 0.5 O电极在碳酸亚丙酯电解质溶液中的高容量和优异的可逆钠插入性能。研究了硬碳的结构变化和钝化，以研究可逆的钠插入。  摇椅式钠离子电池 该研究中的钠离子电池达到了传统锂离子电池实际能量密度的 60%。此外，当钠离子电池在 300 mA g -1 的更高倍率下进行测试时，没有观察到容量的显着下降，表明硬碳/NaNi 0.5 Mn 0.5 O 2 电池表现出显着的倍率性能。当电池在 60°C 的高温下进行测试时，在 50 次循环中获得了与室温相似的循环性能，而没有任何额外的退化。作者正在研究电极和电解质中 Na + 离子传输的动力学以及界面处 Na + 离子的溶剂化/去溶剂化，以了解电池性能对电流速率和高温的依赖性。 文章DOI:10.1002/adfm.201100854 “ 4 用作钠离子电池高容量阳极的磷烯-石墨烯杂化材料 被引1024次  尽管最近关于钠离子电池正极材料的报告表明其性能与锂离子电池相当，但竞争性钠离子电池技术的主要科学挑战是开发可行的负极材料。在这里，作者展示了一种由夹在石墨烯层之间的一些磷烯层制成的杂化材料，其比容量为2440 mA h g−1（仅使用磷的质量计算），电流密度为0.05 a /g在0和1.5 V之间运行时，100次循环后的容量保持率为83%。使用原位透射电子显微镜和非原位X射线衍射技术，作者通过沿磷烯层x轴插入钠离子，然后形成Na3P合金的双重机制来解释阳极的大容量。石墨烯层在杂化材料中的存在起到了机械主干和电气高速公路的作用，确保了合适的弹性缓冲空间能够容纳磷烯层沿y和z轴方向的各向异性膨胀，从而实现稳定的循环操作。  文章DOI: 10.1038/NNANO.2015.194 “ 5 从锂离子电池到钠离子电池：优势、挑战和惊喜 被引 被引773次   Philipp Adelhelm教授团队 在过去的 5 年中，钠离子电池的研究非常活跃，材料开发和性能取得了快速进展。几乎毫无疑问，SIBs 的商业化在技术上是可能的。然而，这需要一个市场利基，其中 SIB 比 LIB 或其他成熟类型的电池显示出特定的优势。基于丰富元素的具有成本效益的电池可能是这样一个利基市场，如果锂电池的资源供应和供应链面临太多挑战，它可能会在未来变得重要；当然，这需要综合方法。在科学上，比较离子大小如何影响给定主体结构的电极反应是很有趣的。在这篇综述中，作者主要关注各种此类主体结构在锂化/钠化过程中的相行为差异。在许多正极材料中，用钠代替锂会导致更复杂的行为，因为在电池循环过程中会形成额外的中间相。例如，已经讨论了层状氧化物和 AFePO4 (A = Li, Na)。对于负极，目前的选择是有限的，因为石墨仅在特殊情况下储存钠，而硅似乎基本上没有活性。因此，尽管需要更好地了解 SEI 的形成，但对其他合金（Sn、SnSb）、氧化钛和各种碳材料进行了深入研究。最后，巨大的转化反应家族是测试使用钠代替锂是否有助于克服以前的挑战的一个有吸引力的游乐场。总的来说，在电化学电池中用钠代替锂时已经发现了许多意外的惊喜，但仍有许多有待研究发现。这还包括在固态、金属/空气和金属/硫电池中使用钠。比赛正在进行中，希望不仅能加深基本理解，还能确定具有改进性能的电池的电极反应，从而为未来的储能设备创造选择。当然，对 LIB 的研究也将从中受益。 文章DOI: 10.1002/anie.201703772 “ 6 可充电电池用锂金属阳极  在过去40年中，这些电池固有的不可控树枝状锂生长和锂沉积/剥离过程中有限的库仑效率阻碍了它们的实际应用。随后锂离子电池的出现，锂金属阳极的安全高效运行已成为一项使能技术，它可能决定下一代储能系统的几个有希望的候选产品的命运，包括可充电锂空气电池、锂硫电池，以及利用插层化合物作为阴极的锂金属电池。该文分析了影响锂金属阳极形貌和库仑效率的各种因素。还回顾了用于表征锂沉积形态的技术以及通过模拟锂枝晶生长获得的结果。最后，讨论了该领域的最新发展和迫切需要。  为了实现锂阳极的广泛应用，需要同时进行更多的基础研究。锂枝晶形成和生长的主要原因是充电/放电过程中的锂离子浓度梯度和 沉积的表面不均匀性。模拟结果表明，一种具有高离子浓度的电解质电导率和接近单位的Li+迁移数可以显著降低浓度梯度，即延迟甚至停止Li枝晶形成；高剪切模量也是一个重要因素，功能性电解液抑制锂离子的枝晶生长特性。 文章DOI: 10.1039/c3ee40795k “ 7 用于离子嵌入的碳材料涉及可充电电池技术  在这篇综述中，作者总结了碳材料在多孔结构、化学成分和层间距控制方面的重大进展。通过阐述电化学、嵌入效应和嵌入形式，进一步重新审视了碳材料作为阳离子主体和阴离子主体的基本机制。随后，介绍了新型碳纳米结构和碳衍生能量存储设备的最新进展，特别强调将结构与电化学特性相关联，以及评估设备配置、电化学反应和性能指标。最后，提供了对剩余挑战的看法，这将加速新碳材料概念和碳衍生电池技术的商业化实施。 总的来说，碳材料因其丰富、低成本的原材料、结构可裁剪性以及多样的氧化还原电化学（阳离子插层和阴离子插层）而在众多可再充电储能技术的应用中具有巨大的机遇。人们致力于探索新的碳纳米结构及其混合/超结构，以期获得更高的应用价值，含有碱金属阳离子，覆盖纳米碳，纳米多孔碳、无序碳、杂原子掺杂，无序碳。 文章DOI: 10.1039/d0cs00187b |
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