图1. 低温钠离子电池电极材料和电解液组分。
凭借低温耐受性，钠离子电池（SIBs）被认为是锂离子电池在高纬度、高寒、深空和深地环境的补充。然而，由于电极材料Na+扩散动力学迟缓和不稳定的电极-电解液界面反应，SIBs的低温性能仍然是一个挑战。因此，电极设计和电解液优化对提升SIBs低温性能具有重大意义。在这篇综述中，重点强调低温SIBs的电解液、负极和正极材料的研究和挑战，重点关注电极材料中的Na+存储机制和电解液的组成。此外，还总结了提高低温性能的相关策略，包括选择钠盐阴离子、使用多溶剂组分和在电解液中添加添加剂；以及正极的缺陷、界面和纳米结构工程；负极的形态、元素掺杂和孔结构工程。最后，综述深入分析了溶剂化的Na+结构和电极/电解液界面机制，并为电极材料的设计提供了见解，旨在促进SIBs在低温条件下的性能提升与应用。
相关研究以“Research on Low-Temperature Sodium-Ion Batteries: Challenges, Strategies and Prospect”为题发表在国际知名期刊Energy Storage Mater. （影响因子18.9）上。我校材料与物理学院硕士研究生仇霞为第一作者，陈亚鑫和鞠治成副教授为共同通讯作者，中国矿业大学为第一单位。
当前对低温钠离子电池电解液和电极界面的了解和研究仍然有限，这也是未来研究的一个潜在方向。对于电解液而言，进一步研究溶剂化Na+结构和电极/电解质界面机理之间的低温钠离子电池将是未来研究的一个富有成效的方向。对于正极材料而言，提高低温性能的关键在于减缓相变，而这可以通过纳米结构、表面涂层和金属离子掺杂的协同作用来有效实现。相比之下，对炭负极材料的深入研究仍然相对缺乏。与炭负极匹配的全电池在低温下表现出较差的电化学性能。而关键在于提高负极在低温下的容量保持率。然而，针对解决动力学缓慢和离子导电性低等问题的炭负极结构工程处于瓶颈。因此优化离子扩散路径对于提高碳负极的低温性能至关重要，这可能会在开发具有优越低温特性的钠离子电池方面带来重要的突破。
该文章分析了目前低温钠离子电池电解液、正极和负极面临的问题、挑战和策略，从材料设计的角度对钠离子电池系统的低温性能进行了综述，特别关注了硬炭负极的机理和设计策略。针对商业上相对未开发领域可用的硬炭负极，提供全面的分析。
以上研究工作得到江苏省自然科学基金(Youth Fund, No. BK20221138)，国家自然科学基金(52402069, 21975283, 22279162)等基金项目的资助。
新闻来源：材料与物理学院 陈亚鑫
责任编辑：周高林
审核：冯培忠
