文 章 信 息
钠离子电池先进无钴正极材料
第一作者：褚世勇
通讯作者：郭少华*，周豪慎*
单位：南京大学，南京大学深圳研究院
研 究 背 景
锂离子电池（LIBs）在大规模电化学储能系统中的尝试虽然已取得初步成功，但过高的成本和有限的资源储量制约了其进一步大规模发展。作为锂离子电池在储能领域中的替代品，低成本的钠离子电池（SIBs）的发展和应用将会在满足储能市场需求的同时进一步稳定甚至降低锂离子电池的成本。
在发展SIBs时，我们应该慎重考虑使用LIBs中最重要的Li和Co原料，避免在原材料端使SIBs和LIBs产生不必要的竞争。此外，基于Na比Li重和SIBs比LIBs电压低的实际情况，SIBs几乎无法在能量密度上超越LIBs。
同时，在大规模储能中追求高稳定性比追求高能量密度更加有实际意义。稳定的不含Co的SIBs正极的开发和和应用有望解决“Li恐慌”和“Co恐慌”，并满足大规模储能的需求。
文 章 简 介
本文中，来自南京大学的周豪慎教授和郭少华教授，在国际知名期刊Chem. Soc. Rev.上发表题为“Advanced cobalt-free cathode materials for sodium-ion batteries”的综述文章。
综述了SIBs无Co正极材料的研究进展，分析了影响正极结构/电化学稳定性的关键因素，归纳了提升无Co正极结构/电化学稳定性的各种有效策略，展望了无Co正极未来的发展。
图1 （a）SIBs和LIBs领域发表的文章。（b）两种碱金属和两种集流体元素储量对比。（c）SIBs和LIBs的成本分析，基于2018年的制造工艺计算。
图2 具有优异电化学稳定性的无Co正极材料性能小结
本 文 要 点
要点一：总结了几种适用于高性能SIBs的正极材料的结构特征和电化学特性
例如层状氧化物、隧道型氧化物、普鲁士蓝类似物和聚阴离子化合物。总结了通过将各种非Co活性过渡金属（例如，Mn、Fe、Ni、V和Cr）设计在恰当的正极材料结构中实现优异的电化学性能。
要点二：总结了影响正极结构/电化学稳定性的关键因素
例如颗粒裂纹、晶体缺陷、晶格扭曲、缓慢动力学、相变、晶格氧氧化、过渡金属迁移和过渡金属溶解等。归纳了提升无Co正极结构/电化学稳定性的各种有效策略，例如掺杂、复合相、价态调控、原子级协同效应、晶体工程、形貌调控和表/界面调控等。
要点三：最后提出了无Co正极面临的挑战和将来可能发展的方向
例如探索新型材料、使用更先进的计算工具和表征技术、探索更加简单和通用的调控策略、以及如何快速实现产业化。
文 章 链 接
Advanced cobalt-free cathode materials for sodium-ion batteries, Chem.Soc.Rev.,2021.DOI: 10.1039/d1cs00442e
https://doi.org/10.1039/d1cs00442e
通 讯 作 者 简 介
郭少华 教授
南京大学现代工学院/深圳研究院教授，博士生导师，曾入选万人计划青年拔尖人才、教育部青年长江学者。研究方向为先进电池材料及其离子脱嵌反应机制。以第一/通讯作者身份在Chem. Soc. Rev.，Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Nat. Commun.，Joule等国际权威期刊发表SCI论文50余篇。
周豪慎 教授
南京大学现代工学院教授，博士生导师，Guojia特聘专家，教育部“长江学者”讲座教授，Guojia重大研究计划项目首席科学家。在能源及材料化学领域的国际期刊上发表研究论文超过450篇，如Nat. Mater.，Nat. Energy，Nat. Catal.等。主持了Guojia纳米重大研究计划项目，Guojia自然科学基金重点项目，基金委联合基金重点项目。Guojia重点研发计划“电网储能专项”责任专家，Science Bulletin常务副主编，Energy Storage Materials副主编。
第 一 作 者 介 绍
褚世勇 博士
南京大学现代工学院特任副研究员，研究方向为二次储能电池关键材料及电化学机理，以第一作者身份在Chem. Soc. Rev.，Angew. Chem. Int. Ed.， Small，J. Mater. Chem. A等国际知名期刊发表SCI论文多篇。