AM华科高义华教授团队钠离子电池最新综述

　　近年来，由于地球上钠资源丰富、分布广泛，钠离子电池引起了极大的关注。然而，目前SIBs仍面临能量密度低、循环稳定性不理想的关键问题。SIBs电化学性能的增强取决于对潜在钠储存机制的全面和精确理解。尽管已经进行了广泛的透射电子显微镜研究以揭示SIBs的钠储存特性和机制，但尚未报告对SIBs的原位TEM研究进行专门综述。
　　在此，华中科技大学高义华教授张智副教授团队综述了近年来SIBs储钠过程中正极材料、负极材料和固体电解质界面形态、结构和化学演变的原位透射电镜研究进展。阐明了电极材料结构组成与SIBs电化学性能之间的详细关系。本文旨在为高性能SIBs先进电极材料的有效选择和合理设计提供思路。
　　这一综述以InsituTransmissionElectronMicroscopyforSodiumionBatteries（钠离子电池的原位透射电子显微镜）为标题发表在国际期刊《AdvancedMaterials》上，华中科技大学高义华教授张智副教授为共同通讯作者。（原文链接：https：doi。org10。1002adma。202300359）
　　图1：钠离子电池的原位透射电镜研究
　　图2
　　原位TEM实验配置示意图：（a）液体电解质开槽设置，（b）固体电解质开槽设置，（c）封闭液体电池设置。
　　图3
　　（a）通过异相反应机制将FeF2钠化的示意图。（b）0k时DFT计算生成的NaFeF相图。（c）原始FeF2NPs的高分辨率STEM图像，钠化颗粒中的结晶Na3FeF6相，以及钠化颗粒中互连的Fe纳米晶。（d）CFx纳米片的原位动态钠化过程及钠化区SAED图。
　　图4
　　（aj）硒纳米管在钠化过程中的形貌演变、反应机理及相变。（k，l）硒纳米管在钠化和锂化过程中的反应机理和动力学比较。
　　图5
　　（a）在石墨和膨胀石墨（EG）中的钠插层工艺示意图。原位TEM图像：（b）原始EG，（c）钠化EG，（d）脱钠EG。（eg）对应的TEM滤波图像。（h）Na电极，（i）原始EG，（j）钠化EG，（k）脱钠EG的SAED图。（l）电流密度为20mAg1时的GCD曲线。（m）原始EG和钠化后EG的拉曼谱图。
　　图6
　　硬碳的钠化：（a）原始硬碳的TEM图像和（b）SAED图形；（c）钠化硬碳的TEM图像和（d）SAED图形；（e）钠化过程中硬碳的体积变化图和氮化吸收示意图；（f）硬碳在1000mAg1下的循环性能。（gk）软碳在不同充放电状态下的原位SAED图。（l）0。1mVs时软碳电极的CV曲线。（m）20mAg下钠化脱硅过程中软碳电极的异位XRD谱图。
　　本综述基于100多份原位瞬变电磁法报告，总结了SIBs中正极材料、负极材料的形态、结构和化学演化的原位TEM研究进展，并对SIBs中钠的储存过程进行了原位TEM研究。文献综述表明，阴极材料的原位透射电镜研究非常有限。综述了阳极材料的原位透射电镜研究，包括插入型、合金化型和转换型材料。虽然聚阴离子和生物材料已被认为是SIBs中有前途的电极材料，但它们的电荷存储机制仍需要通过原位TEM研究进一步阐明。一般认为，在钠化脱硅过程中，插入型电极材料的体积变化较小，但储钠能力有限，而合金型电极材料的理论储钠能力较高，但体积变化较大。此外，一些转化型材料在钠的储存过程中还会发生前插入反应和或后合金化反应。本文总结了电极材料在反应、降解机理、储钠动力学等方面的共同点和差异，以期为提高SIBs的电化学性能提供有效的策略。