近日，由浙江钠创新能源有限公司创始人、上海交通大学讲席教授马紫峰组织，联合上海理工大学郑时有教授和袁涛教授，对钠离子电池层状氧化物正极材料最新研究进展与未来发展趋势进行详尽分析与展望。相关成果工作以题为“A comprehensive review of layered transition metal oxide cathodes for sodium-ion batteries: The latest advancements and future perspectives”发表在国际知名材料科学与工程领域综述刊物《Materials Science & Engineering R》（IF=31.60）。MES R年发文量仅20余篇，本文是该期刊首次发表钠离子电池层状氧化物正极材料研究总结报告。
【合作及研发背景】
浙江钠创新能源新能源有限公司是上海交通大学科技成果转化的典范，聚焦钠离子电池正极材料及其电解质产业化，在层状氧化物正极材料产业化方面走在国际前列。公司与上海交通大学和上海理工大学长期保持着紧密的科研合作，支持相关课题组开展产学研深度合作，旨在推进钠电基础科学问题和前沿技术的研发。
钠离子电池（SIBs）因其成本效益和钠资源的丰富性，正逐渐成为极具潜力的储能系统和智能电网解决方案。其中，钠基层状过渡金属氧化物（NTMOs）正极因其高理论容量和存储机制，被视为一种极具潜力的选择，与商用锂离子电池（LIBs）相媲美。然而，为了充分利用NTMOs在SIBs中的应用潜力，仍需克服结构塌陷、颗粒开裂、氧气损失和水分稳定性等挑战。
该综述全面分析了这些挑战的根源，并探讨改善NTMOs性能的有效策略，包括优化制备技术、形态控制和界面调制等方法。此外，论文还讨论了全电池化学组成优化，提出了进一步提升整体性能的方案。通过综述该领域最新的研究进展，希望能够推动钠离子电池商业化应用，并为开发更有效的储能解决方案提供新的视角和方法。
钠离子电池层状氧化物现存挑战与改性策略示意图
储能电池关键碱金属资源分布和钠离子电池工作机理
【研究成果】
P2、P3和O3相NTMOs正极材料的能量密度与循环性能指标的比较
P3和O3型NTMOs正极材料的能量密度
P2、O2和P3型NTMOs的钠含量与容量对比图
在钠离子电池领域，尽管NTMOs正极材料已展现出显著的能量密度和商业化潜力，但其在实际应用中仍面临一系列技术瓶颈。主要挑战包括不可逆相变、阴离子损失和空气稳定性不足等，这些因素显著影响了其电化学性能和环境适应性。为了克服这些问题，本综述深入探讨了这些挑战的根本原因，详细分析了NTMO材料的相结构及其与电化学性能之间的关联。
文章首先探讨了NTMOs材料在充放电过程中发生的不可逆相变现象。通过综述各种原位相结构分析，揭示了不同NTMOs材料相结构的动态变化过程，并总结和提出了抑制相变的最优策略。其次，关于阴离子损失问题，文章详细讨论了NTMOs材料在电化学过程中氧离子的损失机制。总结得出表面包覆层和界面调制技术减缓氧离子的损失并提升材料的电化学稳定性的方法和机理。此外，由于NTMOs材料对水分和氧气的高度敏感性，其暴露在空气中时极易发生降解，导致材料可存储性下降。文章总结了一系列（非）原位保护性涂层技术，探讨了各自的空气稳定性提升原理。
文章在材料综述的基础上，还深入探讨了钠离子全电池系统的优化。这一部分涵盖了负极材料的选择、电解质配方的设计、隔膜材料的优化以及粘合剂的应用。特别对电解质配方的优化方面进行了梳理。此外，隔膜材料的选择和粘合剂的应用也进行了整理和提炼，希望给电芯生产提供科学依据和技术支持，也为高性能全电池的设计提供了新的思路和方法。
【文章链接】
A comprehensive review of layered transition metal oxide cathodes for sodium-ion batteries: The latest advancements and future perspectives，Materials Science & Engineering R,163(2025)100902. https://authors.elsevier.com/c/1kG28,L67mX~yh
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