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中科院化學(xué)所萬(wàn)立駿院士&郭玉國(guó)&辛森，最新Chem. Soc. Rev.綜述！

第一作者：郭玉潔

通訊作者：萬(wàn)立駿，郭玉國(guó)，辛森

通訊單位：中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所

中科院化學(xué)所萬(wàn)立駿院士&郭玉國(guó)&辛森，最新Chem. Soc. Rev.綜述！

萬(wàn)立駿，物理化學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士。現(xiàn)任第二十屆中央委員，中華全國(guó)歸國(guó)華僑聯(lián)合會(huì)黨組書(shū)記、主席，第十四屆全國(guó)人大常委會(huì)委員、華僑委員會(huì)副主任委員，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。

郭玉國(guó)，研究員（二級(jí)），國(guó)科大崗位教授，博導(dǎo)，“杰青”，“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”首席科學(xué)家。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員，課題組長(zhǎng)，博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授。

辛森，博士，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，研究員（2019.05-至今）英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)“前沿新銳科學(xué)家”（2023）美國(guó)斯坦福大學(xué)全球前2%頂尖科學(xué)家榜單（World’s Top 2% Scientists）（2020，2021，2022）

論文速覽

本論文綜述了可充電鈉離子電池（SIBs）作為先進(jìn)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的出現(xiàn)，它們有潛力減輕對(duì)鋰資源的依賴。正極材料在SIBs的成本和能量輸出中起著決定性作用。鈉層狀過(guò)渡金屬（TM）氧化物因其易于合成、適用于高能SIB的高Na存儲(chǔ)容量/電壓以及對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)Li層狀氧化物類似物的高適應(yīng)性而成為一種有吸引力的選擇。然而，實(shí)際應(yīng)用中，鈉層狀氧化物正極的實(shí)際使用受到對(duì)正極材料基本結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性理解不明確和缺乏定制化材料設(shè)計(jì)策略的限制。

本文試圖通過(guò)詳細(xì)闡述氧化物中關(guān)鍵容量貢獻(xiàn)元素（如TM陽(yáng)離子和氧陰離子）的電子構(gòu)型與其對(duì)陰極的Na（脫）嵌（電）化學(xué)和存儲(chǔ)性能的影響之間的相關(guān)性，來(lái)澄清根本的誤解。隨后，討論了阻礙層狀氧化物正極實(shí)際使用的問(wèn)題、其起源及相應(yīng)的解決策略，并以加速正極材料的研究與開(kāi)發(fā)為目標(biāo)導(dǎo)向。最后，討論了幾種新的鈉層狀正極材料，它們?yōu)橄乱淮鶶IBs展示了前景，包括具有陰離子氧化還原和高熵的層狀氧化物，并強(qiáng)調(diào)了將層狀氧化物用作固態(tài)SIBs正極以獲得更高的能量和安全性。

圖文導(dǎo)讀

圖1：Li₂CO₃價(jià)格波動(dòng)趨勢(shì)、地殼中鋰和鈉的含量對(duì)比，以及LIBs和SIBs低溫和倍率性能的對(duì)比。

圖2：PBAs、聚陰離子化合物和層狀氧化物的特性。

圖3：O3型和P2型正極的晶體結(jié)構(gòu)以及鈉離子的遷移路徑、性能對(duì)比。

圖4：鈉層狀氧化物正極中電化學(xué)活性元素的周期表，以及它們的電子構(gòu)型和氧化還原偶聯(lián)能量。

圖5：Mn基層狀氧化物的構(gòu)型和電化學(xué)性能，以及通過(guò)元素?fù)诫s改善性能的策略。

圖6：Fe基層狀氧化物的構(gòu)型和電化學(xué)活性，以及Fe⁴⁺離子的Jahn-Teller效應(yīng)和遷移。

圖7：Ni基層狀氧化物的電化學(xué)性能，以及通過(guò)Ti摻雜和其他元素替代提高性能的策略。

總結(jié)展望

本論文深入探討了鈉層狀氧化物正極材料在SIBs中的應(yīng)用前景，指出了材料設(shè)計(jì)和電化學(xué)性能優(yōu)化的重要性。研究亮點(diǎn)包括：提供了對(duì)鈉層狀氧化物正極材料基本結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性的深入理解。討論了提高正極材料實(shí)用性的策略，如元素?fù)诫s、表面改性、形態(tài)控制和構(gòu)建超結(jié)構(gòu)。強(qiáng)調(diào)了新型正極材料的開(kāi)發(fā)，如高熵氧化物和具有陰離子氧化還原活性的層狀氧化物，這些材料為提高SIBs的能量密度和安全性提供了新的可能性。

論文的數(shù)據(jù)表明，通過(guò)合理的材料設(shè)計(jì)和改性策略，可以有效提高鈉層狀氧化物正極的性能，從而推動(dòng)SIBs的商業(yè)化進(jìn)程。總結(jié)結(jié)論部分指出，盡管鈉層狀氧化物正極材料在實(shí)驗(yàn)室研究中取得了顯著進(jìn)展，但要實(shí)現(xiàn)其在市場(chǎng)上的廣泛應(yīng)用，仍需解決成本、安全性和規(guī)模化生產(chǎn)等實(shí)際問(wèn)題。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Sodium layered oxide cathodes: properties, practicality and prospects

期刊：Chem. Soc. Rev.

DOI：10.1039/d4cs00415a

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