快充条件下大圆柱锂离子电池中锂沉积的多物理场机制解析

这篇综述首次系统总结了无钴Na1-δNixFeyMnzO2正极材料（NFMCMs）的研究进展，深入阐释了其晶体结构、充放电机制、降解机理及改性策略（如离子掺杂、表面包覆和结构设计），为开发高能量密度、长循环寿命的钠离子电池（SIBs）提供了理论指导与实践路径。

　　

Highlight

NFMCMs的晶体结构

NFMCMs由MO₆八面体层（M为镍、铁、锰）与钠层交替堆叠构成，形成二维Na⁺传输通道。根据Na⁺配位环境和氧层堆叠顺序，Delmas将其分类为O3、O2、P3和P2等结构。

充放电机制

过渡金属（TM）在NFMCMs中主导电荷补偿与结构稳定性。通过调控NaNi_0.4Fe_0.2Mn_0.4O₂等材料的TM比例，可优化其电化学性能，例如Na⁺脱嵌动力学和平均电位。

实际应用挑战

尽管NFMCMs具有高容量和低成本优势，但其复杂的相变行为、较差的空气/热稳定性严重制约产业化进程。例如，O3→P3相变会导致结构坍塌，而表面副反应加速容量衰减。

改性策略

1. 1.

   离子掺杂：引入Al³⁺或F^-等异质原子，稳定晶体框架；

2. 2.

   表面包覆：碳层或氧化物涂层可隔绝电解液侵蚀；

3. 3.

   结构设计：构建核壳或梯度浓度结构，抑制相变应力。

总结与展望

NFMCMs是钠电领域最具商业化潜力的正极候选材料。未来需通过多尺度调控（如机器学习辅助成分优化）解决稳定性瓶颈，推动SIBs在电网储能中的规模化应用。