中科院化学所万立骏院士&郭玉国&辛森，最新Chem. Soc. Rev.综述！

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中科院化学所万立骏院士&郭玉国&辛森，最新Chem. Soc. Rev.综述！
第一作者：郭玉洁
通讯作者：万立骏，郭玉国，辛森
通讯单位：中国科学院化学研究所

中科院化学所万立骏院士&郭玉国&辛森，最新Chem. Soc. Rev.综述！

万立骏，物理化学家，中国科学院院士、发展中国家科学院院士。现任第二十届中央委员，中华全国归国华侨联合会党组书记、主席，第十四届全国人大常委会委员 、华侨委员会副主任委员，中国科学院化学研究所研究员、重点实验室主任。

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郭玉国，研究员（二级），国科大岗位教授，博导，“杰青”，“国家重点研发计划”首席科学家。中国科学院化学研究所研究员，课题组长，博士生导师，中国科学院大学教授。
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辛森，博士，中国科学院化学研究所，研究员（2019.05-至今）英国皇家化学会“前沿新锐科学家”（2023）美国斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单（World’s Top 2% Scientists）（2020，2021，2022）
论文速览
本论文综述了可充电钠离子电池（SIBs）作为先进电化学储能技术的出现，它们有潜力减轻对锂资源的依赖。正极材料在SIBs的成本和能量输出中起着决定性作用。钠层状过渡金属（TM）氧化物因其易于合成、适用于高能SIB的高Na存储容量/电压以及对大规模生产Li层状氧化物类似物的高适应性而成为一种有吸引力的选择。然而，实际应用中，钠层状氧化物正极的实际使用受到对正极材料基本结构-性能相关性理解不明确和缺乏定制化材料设计策略的限制。
本文试图通过详细阐述氧化物中关键容量贡献元素（如TM阳离子和氧阴离子）的电子构型与其对阴极的Na（脱）嵌（电）化学和存储性能的影响之间的相关性，来澄清根本的误解。随后，讨论了阻碍层状氧化物正极实际使用的问题、其起源及相应的解决策略，并以加速正极材料的研究与开发为目标导向。最后，讨论了几种新的钠层状正极材料，它们为下一代SIBs展示了前景，包括具有阴离子氧化还原和高熵的层状氧化物，并强调了将层状氧化物用作固态SIBs正极以获得更高的能量和安全性。
图文导读
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图1：Li2CO3价格波动趋势、地壳中锂和钠的含量对比，以及LIBs和SIBs低温和倍率性能的对比。
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图2：PBAs、聚阴离子化合物和层状氧化物的特性。
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图3：O3型和P2型正极的晶体结构以及钠离子的迁移路径、性能对比。
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图4：钠层状氧化物正极中电化学活性元素的周期表，以及它们的电子构型和氧化还原偶联能量。
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图5：Mn基层状氧化物的构型和电化学性能，以及通过元素掺杂改善性能的策略。
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图6：Fe基层状氧化物的构型和电化学活性，以及Fe4+离子的Jahn-Teller效应和迁移。
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图7：Ni基层状氧化物的电化学性能，以及通过Ti掺杂和其他元素替代提高性能的策略。
总结展望
本论文深入探讨了钠层状氧化物正极材料在SIBs中的应用前景，指出了材料设计和电化学性能优化的重要性。研究亮点包括：提供了对钠层状氧化物正极材料基本结构-性能相关性的深入理解。讨论了提高正极材料实用性的策略，如元素掺杂、表面改性、形态控制和构建超结构。强调了新型正极材料的开发，如高熵氧化物和具有阴离子氧化还原活性的层状氧化物，这些材料为提高SIBs的能量密度和安全性提供了新的可能性。
论文的数据表明，通过合理的材料设计和改性策略，可以有效提高钠层状氧化物正极的性能，从而推动SIBs的商业化进程。总结结论部分指出，尽管钠层状氧化物正极材料在实验室研究中取得了显著进展，但要实现其在市场上的广泛应用，仍需解决成本、安全性和规模化生产等实际问题。
文献信息
标题：Sodium layered oxide cathodes: properties, practicality and prospects
期刊：Chem. Soc. Rev.
DOI：10.1039/d4cs00415a

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