丁飞翔 容晓晖† 王海波 杨佯2) 胡紫霖2) 党荣彬 陆雅翔 胡勇胜2)3)‡

1) (中国科学院物理研究所,北京 100190)

2) (中国科学院大学,材料科学与光电技术学院,北京 100049)

3) (中国科学院物理研究所,怀柔研究部,北京 101400)

钠离子电池近年来在大规模储能领域展现出优异的发展和应用前景.由于钠离子层状过渡金属氧化物正极材料(NaxTMO2)具有比容量高、容易制备、电压可调和成本低的优势,在学术界和产业界得到了广泛的关注与研究.但较大的Na+半径和较强的Na+-Na+静电排斥作用,导致NaxTMO2 具有多种结构类型和复杂的结构转变,以及由此形成了多重结构-性能关系.本文详细介绍了NaxTMO2 的结构类型,综述了在Na+脱出/嵌入过程中引发的结构演变,旨在揭示钠离子层状过渡金属氧化物正极材料结构转变机理及其对电化学性能的影响,最后讨论了现存的挑战并提出了改进策略.

1 引言

对可再生绿色清洁能源(如太阳能、风能、水能等)日益增长的开发应用需求迫使人们不断探索廉价、高效的储能新体系.因为钠资源在地壳和海洋中含量丰富、分布广泛且成本低廉,钠离子电池在大规模电能存储上表现出广阔的应用潜力[1].过去的几十年来,各种正极材料得到研究利用,比如层状氧化物[2-4]、聚阴离子类化合物[5,6]、普鲁士蓝类化合物[7,8]、有机化合物[9-11]等.钠离子层状过渡金属氧化物(NaxTMO2,TM 一般为过渡金属,x≤1)与成功制备的锂离子层状氧化物相似,具有比容量较高、制备简单、压实密度高、电压范围可调等优势……