《钠离子负极材料》课件

钠离子负极材料本课程详细介绍钠离子电池负极材料的结构、性能与应用前景作为未来能源存储领域的重要发展方向，钠离子电池以其资源丰富、成本低廉等优势，正逐渐成为锂离子电池的有力补充清华大学材料科学与工程学院将带领大家深入探索这一前沿科技领域，从基础知识到前沿研究，全面解析钠离子负极材料的科学原理与工程应用目录钠离子电池基础知识1介绍钠离子电池的基本原理、结构特点和市场前景，建立对钠离子电池系统的整体认识2负极材料分类与特点详细分析各类负极材料的分类方法、性能指标及储钠机制，为深入理解不同材料选择提供基础碳基负极材料深度解析3重点探讨硬碳、软碳等碳基材料的结构特性、储钠机理及改性策略，分析其商业化潜力4合金及转化型负极材料剖析高容量负极材料的优势与挑战，包括锡基、锑基、磷基合金材料及金属氧化物、硫化物等转化型材料复合负极材料研究进展5介绍最新复合材料设计策略和代表性研究成果，展示多组分协同效应对电化学性能的提升6负极材料制备与表征详解负极材料的制备方法、浆料工艺及表征技术，为材料研发提供实验指导未来发展趋势与挑战7分析行业面临的主要挑战、商业化进展和研究热点，展望未来发展方向第一部分钠离子电池基础知识钠元素特性电池基本原理应用前景钠（）是地壳中含量达的丰富元钠离子电池基于钠离子在电极间的可逆嵌随着能源转型加速，钠离子电池在固定储Na

2.75%素，相比锂（）资源更为充足入脱出过程，通过氧化还原反应实现能量能、低速电动车等领域展现出巨大潜力

0.0065%/作为碱金属，钠具有类似锂的化学性质，转换虽然理论能量密度低于锂电池，但近年来技术进步显著，已从实验室研究迈但离子半径更大，这对电池设计带来了独资源和成本优势显著，特别适合大规模储向商业化应用阶段，成为新一代储能技术特挑战能应用的重要候选钠离子电池简介二次电池的重要类型钠离子电池是继锂离子电池之后发展起来的新型充电电池系统，依靠钠离子在电极之间的往返运动实现能量存储和释放作为二次电池家族的重要成员，可支持数百至数千次的充放电循环工作机理钠离子电池主要依靠钠离子在正极和负极之间的往返移动工作充电时，钠离子从正极脱出并嵌入负极；放电时，钠离子从负极脱出并重新嵌入正极，同时电子通过外电路流动形成电流研究热点自年后，钠离子电池研究热度迅速提升，相关学术论文数量呈指数级增长全球顶尖研究机构和企业纷纷投入资源，推动技术快速进步，电池性能持续提升，产业化步伐不断加快2010市场前景伴随全球能源转型和电气化趋势，储能市场需求快速增长预计到年，全球储能市场规模将达到亿美元，钠离子电池有望占据其中重要份额，特别是在大规模固定储能领域20251000钠离子电池的基本结构负极材料正极材料包括碳基材料、合金型材料、转化型材料等负极材料需要具备良好的储钠能力、循环稳主要包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化定性和电导率，是本课程重点讨论的内容合物和普鲁士蓝类材料正极材料的性能直接影响电池的能量密度和循环性能，是决定电池性能的关键组成部分电解液通常由钠盐和有机溶剂组成，提供钠离子传输通道电解液的选择影响离子传导性能、电化学窗口以及界面稳定性，对电池安全性至关重要集流体负极通常使用铜箔，正极多采用铝箔，用于隔膜收集和传导电子与锂离子电池不同，钠不防止正负极直接接触，同时允许钠离子通过与铝形成合金，因此负极集流体也可使用更隔膜材料需要具备良好的机械强度、化学稳经济的铝箔定性和适当的孔隙率，常用材料包括聚丙烯、聚乙烯等钠离子电池工作原理充电过程正极钠离子脱嵌电解液负极嵌入→→放电过程负极钠离子脱嵌电解液正极嵌入→→摇椅机制钠离子在两电极之间往返移动钠离子电池采用摇椅式工作机制，这一机制与锂离子电池类似在充电过程中，正极材料中的钠离子被氧化脱出，通过电解质迁移到负极，并在负极材料中被还原嵌入同时，电子通过外电路从正极传导至负极，维持电荷平衡放电过程则与充电相反，负极中的钠离子被氧化脱出，通过电解质迁移回正极材料中，并被还原嵌入电子则通过外电路从负极流向正极，产生电流供外部负载使用这种可逆的离子迁移过程是钠离子电池能量存储和释放的基础钠离子电池与锂离子电池的对比资源丰富度理论性能实际应用钠元素在地壳中的含量约为，远从理论角度看，钠金属的理论比容量为尽管理论性能逊于锂电池，钠离子电池

2.75%高于锂元素的钠资源分布广，低于锂金属的在成本敏感的大规模储能应用中具有明

0.0065%1166mAh/g泛，主要以盐的形式存在于海水和盐湖钠离子的半径显优势与锂电池相比，钠电池可避免3860mAh/g

1.02Å中，开采成本低，供应链稳定，不存在大于锂离子，不利于在电极材使用昂贵的铜箔，使用更便宜的铝箔作

0.76Å地缘政治风险料中快速扩散为集流体相比之下，锂资源相对稀缺，且主要集钠的标准电极电势为，在能量密度要求不是极端高的应用场景，-

2.71V vs.SHE中在少数国家，随着需求增加，价格波略高于锂的，这导致钠电池的电钠离子电池凭借成本和安全性优势，展-

3.04V动较大资源优势是钠离子电池最显著压平台通常低于相应的锂电池，进而影现出广阔的应用前景的竞争力响能量密度钠离子电池的市场前景30-40%5GWh成本降低装机预期相比锂离子电池系统的平均成本降低幅度，主要年全球钠离子电池预计装机容量，市场规2025得益于钠资源丰富、电池组件成本更低模快速扩大40GWh产能建设我国已规划的钠离子电池产能，多家企业加速产业化布局钠离子电池凭借其优异的性价比，正成为大规模储能系统的重要选择特别是随着可再生能源占比提升，对经济型储能技术的需求日益迫切钠电池技术的发展为平抑可再生能源波动、提高电网稳定性提供了新选择我国在钠离子电池产业化方面已走在全球前列，宁德时代、中科海钠等企业已开始商业化生产，并建设了多条生产线预计未来五年内，钠离子电池将在电网级储能、基站备电、低速电动车等领域实现规模化应用第二部分负极材料分类与特点关键作用负极材料是钠离子电池的核心组成部分多样选择多种材料体系和储钠机制性能决定因素直接影响电池容量、循环稳定性和安全性负极材料是钠离子电池研发中的关键环节，直接决定了电池的容量上限、循环寿命和安全性能相比锂离子电池负极，钠离子电池负极材料面临更多挑战，如钠离子半径更大导致的嵌入脱出困难、更显著的体积变化问题等/本部分将系统介绍钠离子电池负极材料的分类体系、性能评价标准以及不同类型材料的储钠机制，为深入理解负极材料的设计原则和优化策略奠定基础我们将从材料结构与电化学性能的关联角度，解析不同负极材料的优缺点，指导材料选择与开发负极材料的重要性电池容量的决定因素负极材料的理论比容量和实际可用容量直接限制了电池的能量密度上限高容量负极材料是提升电池整体性能的关键优质负极应具备高初始效率、低不可逆容量损失和稳定的放电平台循环稳定性和倍率性能的保障负极材料在充放电过程中的结构稳定性决定了电池的循环寿命良好的离子扩散路径和电子传导网络是保证高倍率性能的基础负极材料需在多次充放电后保持结构完整性安全性能的基础负极材料的结构稳定性和热稳定性直接关系到电池的安全性防止枝晶生长、减少副反应和气体生成是安全设计的重要考虑因素负极与电解液的界面稳定性对长期使用至关重要成本控制的重要环节负极材料约占电池成本的，是降低整体成本的重要环节钠离子电池相比锂离子电15-20%池的成本优势部分来自于负极材料和集流体的成本降低原材料丰富、制备工艺简单的负极材料更有利于大规模产业化负极材料分类转化型负极材料合金型负极材料通过氧化还原反应储存钠离子可与钠形成合金的金属或半金属元金属氧化物、•Fe2O3素、等Fe3O4MoO2有机负极材料•典型代表Sn、Sb、P等基合•金属硫化物MoS

2、FeS2等金含有电化学活性基团的有机化合物容量高但循环稳定性较差•高理论容量环境友好、结构可设计••碳基负极材料体积变化显著导电性和能量密度有待提高••复合负极材料包括硬碳、软碳、石墨和其他碳材料（碳纳米管、石墨烯等）多种材料复合形成的新型负极结构稳定、成本低廉结合不同材料优势••工作电压相对较高改善单一材料固有缺陷••商业化程度最高研究热点方向••负极材料性能指标比容量表示单位质量或体积材料所能存储的电荷量，是衡量负极材料储能能力的最基本指标理论比容量基于材料理论化学计量比计算得到的最大可能容量•实际比容量实际测试中材料表现出的可逆容量，通常低于理论值•常用单位（重量比容量）或（体积比容量）•mAh/g mAh/cm³循环稳定性反映材料在反复充放电过程中保持容量的能力，关系到电池的使用寿命容量保持率经过次循环后的容量与初始容量的比值•n衰减率每循环的平均容量损失百分比•循环寿命容量降至初始值或时的循环次数•80%70%倍率性能材料在不同充放电速率下的性能表现，反映材料的功率特性倍率充放电电流与理论电流的比值•1C高倍率下的容量保持能力•快充快放性能•其他关键指标全面评估负极材料性能的补充指标首次库伦效率（）首次放电容量与首次充电容量的比值•ICE工作电压平台负极材料的平均放电电压•体积膨胀率充放电过程中的体积变化百分比•热稳定性高温环境下的结构和性能稳定性•负极材料的储钠机制嵌入型储钠机制钠离子嵌入材料的层间或隧道结构中，材料骨架结构保持基本不变典型代表为碳材料，如硬碳、软碳等嵌入反应可逆性好，结构稳定，但理论容量相对有限钠离子的嵌入通常伴随着主体材料的轻微膨胀，但体积变化通常在以内10%合金型储钠机制钠与活性元素（如、、等）形成合金，涉及化学键的断裂与重组合金反应通常具Sn Sb P Na-M有高理论容量，但伴随显著的体积变化（通常）循环过程中的体积膨胀收缩会导致材200%料粉化和电接触损失，影响循环稳定性通过纳米化、复合化等策略可缓解这一问题转化型储钠机制基于可逆的氧化还原反应，如金属氧化物在充电过程中被还原为金属纳米颗粒和MxOy转化反应理论容量高，但存在显著的电压滞后现象和较低的反应可逆性反应过程Na2O涉及复杂的相变和界面变化，循环稳定性是主要挑战结构设计和催化活性对提高性能至关重要表面吸附电容型储钠/钠离子在材料表面或缺陷位置的吸附存储，不涉及深度化学反应这种机制具有快速充放电能力和优异的循环稳定性，但容量通常较低表面积和孔结构对吸附容量有决定性影响在许多负极材料中，表面吸附与其他储钠机制共同存在，形成混合储能机制第三部分碳基负极材料深度解析碳基材料是目前最有前景的钠离子电池负极材料，具有结构多样、成本低廉、环境友好等优势本部分将深入剖析不同类型碳材料的结构特征和储钠性能，特别是石墨与钠离子电池的不兼容性问题，以及硬碳作为主流商业化负极材料的优势和改性策略通过对碳材料的微观结构、储钠机理和电化学性能的系统分析，我们将揭示材料设计的关键因素，为开发高性能碳基负极材料提供理论指导和实践思路石墨与钠离子电池的不兼容性为什么石墨不能作为钠电池负极？尺寸匹配问题石墨的层间距约为，而钠离子的有效离子半径为（直径约），导致钠离子在进入石墨层间时需要克服较大的能垒相比之下，锂离

0.334nm

1.02Å

2.04Å子半径仅为，更容易在石墨层间穿梭

0.76Å热力学不稳定性密度泛函理论（）计算表明，钠与石墨形成化合物的形成能约为，为正值，表明这种化合物在热力学上不稳定相反，锂、钾与石墨形DFT NaC6+

0.33eV成的和化合物形成能分别为和，为负值，表明它们可以形成稳定的插层化合物LiC6KC8-

0.15eV-

0.16eV电化学行为差异实验证实，在常规电解质和电化学条件下，钠离子几乎不能可逆地嵌入天然石墨循环伏安测试中，石墨电极在钠体系中几乎没有明显的氧化还原峰，意味着缺乏有效的储钠反应这与锂体系中石墨电极表现出的明显阶梯状氧化还原特征形成鲜明对比软碳材料特性结构特点层状结构，石墨化程度低微观形貌无序区域与微晶区域共存合成方法低温热解有机前驱体软碳是一种低度石墨化碳材料，结构与石墨相近但有序程度更低其碳层排列较为紊乱，层间距略大于石墨（约），这种扩大

0.34-

0.38nm的层间距为钠离子的嵌入提供了更有利的空间条件软碳通常通过低温（约℃）热处理有机前驱体获得，这种温度不足以使碳材1000-1500料充分石墨化相比硬碳，软碳具有更好的导电性和更低的工作电压平台，但储钠容量通常较低在小电流密度下，软碳可展现良好的储钠性能，比容量可达软碳前驱体成本相对较低，制备工艺相对简单，但其性能与硬碳相比仍有差距，在实际应用中较少作为主要负极材料150-250mAh/g硬碳材料结构特点碳层排列特征微观孔隙结构表面特性硬碳是一种重要的无定形碳材料，其碳硬碳具有复杂的多级孔结构，包括微孔硬碳表面含有丰富的官能团和缺陷，如原子主要以杂化方式连接，形成六元（）、介孔（）和大孔羧基、羟基、环氧基等含氧官能团，以sp²2nm2-50nm环结构与高度有序的石墨不同，硬碳（）这些孔隙来源于前驱体热及五元环、七元环等拓扑缺陷这些表50nm中的石墨微晶随机取向排列，形成不规解过程中气体释放形成的空隙，以及无面特性不仅提供了额外的储钠位点，还则的房屋纸牌结构这种无序堆叠使得序碳层堆叠产生的层间空间影响电解液分解和膜形成过程SEI硬碳在高温下（℃以上）也难以3000微观上，硬碳可视为由小型石墨化微晶硬碳的比表面积通常在10-500m²/g石墨化区域和连接这些微晶的无序碳区域组成范围内，可通过调控合成条件进行优化硬碳的层间距通常在之的复合结构微晶尺寸通常在范过高的比表面积会导致首次不可逆容量

0.37-

0.40nm1-5nm间，显著大于石墨的，为钠离围，远小于石墨的微晶尺寸这种独特增加，而过低的比表面积可能限制高倍

0.334nm子的嵌入提供了足够空间这是硬碳能的微晶无序区域双相结构为钠离子提率性能，需要在实际应用中进行平衡+够有效储存钠离子的关键结构因素之一供了多种储存位点硬碳的储钠机制斜坡区储钠机制平台区储钠机制多级储钠模型硬碳的充放电曲线通常表现为斜坡区平台区在低电压平台区（通常），最新研究提出了硬碳的多级储钠模型，认为+

0.2V vs.Na/Na+的特征组合在较高电压的斜坡区（通常钠离子主要填充到硬碳的纳米孔隙和微观空隙不同的储钠位点在充放电过程中依次激活首），钠离子主要存储在碳中这种机制与传统的离子嵌入不同，更类似先是表面缺陷位点的快速吸附，然后是碳层

0.2V vs.Na/Na+/层的缺陷位点、边缘位置以及材料表面这一于纳米填充过程研究表明，钠离子在这些间的嵌入，最后是微孔中的填充这种多级储过程类似于吸附机制，与材料的缺陷密度和表纳米空间中可能以准金属态存在，具有类似钠钠机制解释了硬碳优异的容量和适中的倍率性面性质密切相关金属的性质能钠离子在碳层缺陷处吸附钠离子填充微孔纳米孔表面吸附层间嵌入孔隙填充••/•++官能团与钠离子相互作用形成准金属态钠簇不同位点的储钠动力学差异•••表面电容性存储贡献显著的储钠容量理论容量可达•••300-350mAh/g硬碳的优势与不足资源丰富多种生物质和有机物可作为前驱体，来源广泛成本优势原材料和制备工艺成本低，适合大规模生产容量表现实际比容量可达，超过锂电池石墨理论值250-350mAh/g循环稳定性体积变化小，结构稳定，循环寿命长尽管硬碳具有诸多优势，但仍存在一些亟待解决的问题首要挑战是首次库伦效率偏低，通常仅为，这导致电池中钠离子的不可逆损失其次，硬碳的工作电压平台相对较高，减小了全电池60-80%的工作电压窗口，降低了能量密度此外，不同批次硬碳的性能一致性难以保证，这与生物质前驱体的复杂成分和不均匀性有关在实际应用中，还需进一步优化硬碳的压实密度，以提高负极的体积比能量尽管存在这些挑战，硬碳仍是目前商业化潜力最强的钠离子电池负极材料，已在多家企业实现产业化应用硬碳材料的改性策略碳层间距调控孔结构优化通过前驱体选择和热处理条件优化碳层精确控制硬碳的微孔、介孔和大孔分布，间距，使其维持在的最增加有效储钠位点数量适当的微孔结

0.37-

0.40nm佳范围较大的层间距有利于钠离子嵌构对提高低电压平台容量至关重要，而入脱出，提高扩散动力学和倍率性能合理的介孔结构则有助于改善离子传输/常用方法包括调整热解温度、加入膨胀性能模板法和化学活化是常用的孔结剂等构调控手段掺杂改性表面改性引入、、、等杂原子可调节硬碳N BS P通过表面处理减少不必要的官能团，降的电子结构和表面化学性质杂原子掺低首次不可逆容量常见方法包括高温杂不仅可以增加活性位点，还能提高材处理、化学洗涤和表面涂层适当的表料的导电性和钠离子扩散系数掺杂的面改性可显著提高首次库伦效率，某些类型、含量和分布对性能影响显著，需情况下可从提升到以上60%85%要精确控制硬碳材料的前驱体选择生物质前驱体生物质来源的硬碳前驱体包括农林废弃物（秸秆、木屑）、果壳（如核桃壳、椰子壳）和竹子等这类前驱体通常含有纤维素、半纤维素和木质素等成分，热解后可形成具有丰富孔道结构的硬碳生物质前驱体成本低廉、可再生，但成分复杂，需要预处理确保性能一致性聚合物前驱体聚合物前驱体包括酚醛树脂、聚丙烯腈、聚乙烯醇等这类前驱体组成均一，热解条件可精确控制，得到的硬碳性能稳定、重现性好特别是酚醛树脂衍生的硬PAN PVA碳，结构规整，首次库伦效率高，已成为商业化生产的主要选择缺点是成本相对较高，且部分合成过程环保性有待改善沥青基前驱体石油沥青、煤沥青等沥青基材料也是重要的硬碳前驱体这类材料含有丰富的芳香结构，经过适当热处理后可形成具有良好导电性的硬碳沥青基硬碳通常具有较高的石墨化程度和较大的碳层尺寸，导电性优异，但储钠容量可能低于其他类型硬碳结合特定改性剂可提升其储钠性能其他碳基负极材料第四部分合金及转化型负极材料高容量储钠系统结构演变挑战合金和转化型材料通过形成钠化物或储钠过程中显著的体积变化（通常氧化还原反应储存钠离子，理论比容）导致电极结构破坏和活性300%量通常远高于碳基材料，部分可超过材料粉化，严重影响循环稳定性解这类材料为突破碳决结构稳定性问题是这类材料研究的1000mAh/g基负极容量限制提供了重要方向，有核心挑战，主要通过纳米化、复合化望显著提升钠离子电池的能量密度等策略来缓解多样化反应机制不同元素体系展现出独特的储钠行为，包括多步合金化反应、转化合金联合机制等-深入理解这些复杂反应过程对材料设计至关重要，原位表征技术的应用为揭示反应机理提供了关键支持本部分将系统介绍基于锡、锑、磷等元素的合金型负极材料，以及金属氧化物、硫化物等转化型负极材料的结构特点、反应机理和性能特征我们将分析影响这些材料电化学性能的关键因素，并探讨提升其循环稳定性和倍率性能的有效策略合金型负极材料概述合金型负极定义与分类合金型负极的优缺点研究进展与设计策略合金型负极材料是指能与钠形成合金的金合金型负极的最大优势是高理论容量，为近年来，研究人员开发了多种策略来解决属或半金属材料，包括第四主族元素（、提升钠离子电池能量密度提供了可能同合金负极的关键问题纳米化设计可缩短Si、）、第五主族元素（、、）时，许多合金负极材料工作电压适中离子传输路径，提高材料的应力耐受能力；Ge SnP SbBi以及一些过渡金属（、等）这类（），避免了金多孔结构和空心结构为体积膨胀提供缓冲Pb Zn

0.3-

0.8V vs.Na+/Na材料通过形成合金实现钠离子存储，属钠枝晶生长风险，安全性较好部分合空间；引入惰性基体或碳复合可维持电极Na-M理论容量通常超过，远高于金材料（如锑基）还具有优异的电导率，结构完整性；表面工程则有助于稳定500mAh/g SEI碳基负极有利于高倍率性能膜按照反应机制可将合金型负极分为两类然而，合金型负极面临严峻的体积膨胀挑这些策略已在多种材料体系中证明有效，直接合金化反应（战，充放电过程中体积变化通常超过显著提高了合金负极的循环稳定性和倍率M+xNa++xe-→）和转化合金联合反应（，导致电极结构破坏、活性材料粉性能特别是锡基和锑基负极材料在实际NaxM-MXy+300%）不化和电接触损失此外，形成的固体电解应用中展现出较大潜力，有望成为下一代2yNa++2ye-→M+yNa2X同体系展现出独特的储钠行为和电化学特质界面（）稳定性差，钠离子传输动高性能钠离子电池负极的重要选择SEI性力学受限，首次库伦效率较低等问题也亟待解决锡基负极材料847~420%理论比容量体积膨胀率mAh/g基于形成最终产物计算得到的理论比容量，完全钠化过程中的体积变化百分比，是循环稳定性的Na15Sn4接近石墨在锂离子电池中容量的倍主要挑战

2.

30.15扩散系数10^-16cm²/s钠离子在锡中的扩散系数，影响倍率性能和实际可用容量锡基负极材料在钠离子电池中展现出诱人的高容量特性，理论上可形成合金，比容量高达Na15Sn4847储钠过程通常经历多个中间相（），呈现阶梯状电压平台，mAh/g NaSn3→NaSn→Na9Sn4→Na15Sn4平均工作电压约为

0.3V vs.Na+/Na然而，巨大的体积膨胀（约）导致电极粉化和循环性能迅速衰减，纯锡电极通常在几个循环后就会失效420%为解决这一问题，研究者开发了多种改性策略纳米锡颗粒（）可缓解体积应力；碳包覆结构50nm（）提供机械支撑和导电网络；三维多孔结构为体积变化提供缓冲空间；空心或核壳结构设计进一步增Sn@C强结构稳定性通过这些策略优化的锡基负极已实现次以上的循环寿命，展现出商业化潜力500锑基负极材料合金化反应机制锑基负极材料形成终产物，理论容量为系统的合金化过程通常分Na3Sb660mAh/g Na-Sb为两步首先形成中间相，然后进一步钠化形成这种多步反应在充放电曲线上表NaSb Na3Sb现为明显的电压平台，对应不同的结构相变过程完全钠化的为六方晶系结构Na3Sb电导率与动力学特性锑具有半金属特性，电导率高（约

2.5×10⁶S/m），显著优于锡等其他合金负极材料这种优异的导电性使锑基负极具备良好的倍率性能，在高充放电电流下仍能保持较高容量此外，锑基负极工作电压约⁺，可有效防止钠枝晶生长，提高安全性

0.5V vs.Na/Na结构稳定性挑战尽管锑基负极具有诸多优势，但在循环过程中仍面临结构不稳定性问题钠化过程中约的290%体积膨胀导致活性材料粉化和电极结构破坏此外，充放电过程中的相变引起应力累积，膜SEI反复破裂重建也会导致额外的不可逆容量损失，这些因素共同限制了锑基负极的循环寿命改性策略与研究进展为提高锑基负极的循环稳定性，研究者开发了多种改性方法纳米锑颗粒减小扩散距离并提高结构耐受性；碳复合材料（）提供机械支撑和导电网络；合金化设计（如、等）Sb/C Cu-Sb Sn-Sb可调节体积变化；多孔结构和特殊形貌控制为体积膨胀提供缓冲空间这些策略已将锑基负极的循环寿命提高至次以上，展现出实际应用潜力1000磷基负极材料超高理论容量，基于形成反应2596mAh/g Na3P资源丰富地壳中含量约，远高于锂

0.1%导电性差3红磷电导率约，需复合导电材料10^-14S/cm体积膨胀严重钠化过程中体积膨胀超过400%磷基负极材料，特别是红磷，因其超高的理论容量（）成为钠离子电池负极研究的焦点这一容量值远超其他合金负极材料，甚至高于锂离子电池中2596mAh/g的硅负极（⁺）磷与钠反应形成₃，工作电压平台在⁺范围内，有利于提高全电池能量密度4200mAh/g vs.Li/Li NaP

0.3-

0.5V vs.Na/Na然而，红磷作为绝缘体，电导率极低（约10⁻¹⁴S/cm），严重限制了其电化学活性此外，钠化过程中超过400%的体积膨胀导致电极结构迅速破坏为解决这些问题，研究者主要采用碳复合策略，如复合材料、石墨烯、碳纳米管等通过调控磷含量和复合结构，优化后的磷基负极已实现次以上循环，容量P/C P/P/1000保持在以上，展示出作为高容量钠离子电池负极的巨大潜力1000mAh/g转化型负极材料概述转化反应机制转化型负极材料通过可逆的氧化还原反应储存钠离子，反应通式为⁺MXy+2yNa+⁻⇌₂（其中为过渡金属，为、、等）充电过程中，被2ye M+yNa XM XO SP MXy还原为金属纳米颗粒和₂基质；放电过程中，金属纳米颗粒被重新氧化，形成Na XMXy和释放⁺这种机制涉及化学键的完全断裂与重组，与嵌入型和合金型机制有本质区Na别材料种类与特点转化型负极材料主要包括过渡金属氧化物（₂₃、₃₄、、等）、硫化Fe OFe ONiO CuO物（₂、₂、₂等）、磷化物（、等）和其他化合物这类材料通FeS MoSCoS FePCoP常具有高理论容量（），丰富的材料选择，以及相对较低的成本400-1000mAh/g不同元素组合能实现特性调控，形成多样化的材料体系优势与挑战转化型负极材料的主要优势在于高理论容量和丰富的材料选择然而，这类材料普遍面临循环稳定性差的问题，主要由于反应的不完全可逆性、大的体积变化和相变应力导致另一显著挑战是明显的电压滞后现象（通常），源于反应动力学障碍和能量势垒，这

0.5V降低了能量效率并增加了热量产生此外，首次库伦效率低和电子离子导电性差也限制/了实际应用金属氧化物负极材料钒基氧化物负极材料₂₄材料特性Fe VO₂₄是一种新型钒基复合金属氧化物，具有反尖晶石结构，兼具高理论容量和良好的电化学活Fe VO性元素和元素可提供多种氧化态转变，增加储钠容量理论上，₂₄可通过转化反应提V Fe Fe VO供超过的容量，工作电压平台在⁺范围内1000mAh/g

0.5-

1.0V vs.Na/Na储钠机制分析Fe₂VO₄的储钠过程主要基于复杂的多步转化反应，涉及Fe³⁺/Fe⁰和V³⁺/V⁰的多重氧化态变化在钠化过程中，₂₄首先分解为金属、纳米颗粒和₂，反应式为₂₄Fe VOFe VNa OFe VO+⁺⁻₂射线光电子能谱和射线吸收精细结构8Na+8e→2Fe+V+4Na OX XPSX XAFS分析证实了这一多步骤反应路径性能挑战与优化原始₂₄面临颗粒团聚和循环过程中结构破坏问题，导致容量迅速衰减此外，转化反Fe VO应的不完全可逆性和电压滞后也影响能量效率研究者通过纳米复合结构设计显著提高了₂₄的电化学性能，特别是与碳材料复合后，表现出高赝电容贡献率（⁻时Fe VO

1.0mV s¹为），这有助于提高倍率性能和循环稳定性

89.1%应用前景优化后的钒基氧化物负极材料在全电池系统中展现出良好的匹配性能研究表明，₂₄复合负极与₁₃₁₃₁₃₂正极配对的全电池在Fe VO@CMK-3NaNi/Fe/Mn/O电流密度下循环圈后仍保持的容量保持率，展示出作为高性能钠离子电

0.5A/g50081%池负极的应用潜力未来研究将进一步优化材料结构和界面特性，提高能量密度和循环稳定性金属硫化物负极材料层状硫化物₂MoS₂作为典型的层状过渡金属硫化物，具有独特的二维层状结构，层间距约，远大于钠离子直径，有利于钠离子的快速嵌入脱出MoS

0.62nm/储钠机制兼具嵌入和转化双重反应•嵌入反应⁺₂₂•Na+MoS→NaxMoS转化反应₂⁺₂•NaxMoS+4-xNa→Mo+2Na S理论容量约•670mAh/g高容量硫化物₂FeSFeS₂具有高理论容量894mAh/g和适中的工作电压，是一种有前景的转化型负极材料其储钠反应中Fe²⁺完全还原为Fe⁰金属和Na₂S储钠反应₂⁺⁻⇌₂•FeS+4Na+4eFe+2Na S工作电压平台约⁺•

1.0V vs.Na/Na相变过程包括多个中间相•体积膨胀约，低于氧化物•220%金属硫化物的优势相比金属氧化物，硫化物负极材料通常表现出一些独特优势，使其成为转化型负极的重要研究方向较低的键能导致更小的电压滞后•Na-S更高的离子电导率，⁺在₂中扩散速率快•Na NaS适宜的工作电压窗口，平衡容量和安全性•部分硫化物具有层状结构，提供快速离子传输通道•主要挑战与改进策略金属硫化物仍面临诸多挑战，需要通过材料设计和优化来提高其实际应用性能循环稳定性差，源于相变和体积变化•多硫化物溶解导致穿梭效应和容量损失•低电子导电性限制倍率性能•改进策略纳米化、碳复合、表面保护层设计•第五部分复合负极材料研究进展组分协同增效复合材料设计通过结合不同组分的优势，实现性能协同提升典型策略包括高容量活性物质与稳定导电基体的复合，以及多种活性材料的协同作用这种设计能够平衡容量、稳定性和速率性能，克服单一材料的固有缺陷结构优化设计先进结构设计是复合负极材料的核心多孔结构提供体积膨胀缓冲空间和电解液渗透通道；核壳结构保护活性物质并维持电极完整性；三维导电网络确保高效电子传输这些结构设计显著提高了电极的循环稳定性和倍率性能界面工程优化界面控制是提升复合负极性能的关键环节通过表面涂层和功能化修饰，可稳定固体电解质界面，减少副反应，提高首次库伦效率原位形成的保护层和人工界面设计能够有效缓解电极降解，延长电池寿命复合负极材料设计策略多组分协同增效结构设计优化结合不同材料的优势，形成性能互补的复针对性结构设计是解决负极材料固有缺陷合体系典型策略包括活性物质与导电碳的有效方法核壳结构保护活core-shell材料复合，高容量合金材料与结构稳定材性物质并维持电极完整性；三维网络结构料复合，以及多种储钠机制材料的协同作提供连续电子传输通道；多孔结构为电解用通过精确控制各组分比例和分布，可液渗透和离子扩散创造通道；层级结构设实现容量、稳定性和倍率性能的优化平衡计则兼顾多种功能需求，实现性能协同提升导电网络构建界面工程控制高效导电网络对于高性能负极至关重要界面是电化学反应的关键区域，直接影响三维连续导电骨架确保电子快速传输；导电池性能界面工程包括表面涂层设计、电聚合物涂层提供柔性电子传导通道；纳功能化修饰、界面相形成控制等优化的米碳添加物（如碳纳米管、石墨烯）可形界面结构可稳定膜，减少副反应，提高SEI成桥接网络，减少接触电阻完善的导电首次库伦效率，同时增强电极电解液界面/网络可显著提高材料利用率和倍率性能的离子传导性，改善高倍率性能碳基复合负极材料碳材料基体提供骨架支撑和导电网络活性物质负载高容量组分均匀分散界面相互作用形成稳定化学物理键合/协同储钠效应多机制储钠提升综合性能碳基复合负极材料通过结合碳材料的结构稳定性和导电性，与高容量活性物质的储钠能力，形成性能优化的复合体系碳材料（如硬碳、石墨烯、碳纳米管）作为主人提供连续导电网络和结构支撑；活性物质（如、Sn、等）作为客人提供高容量储钠能力两者形成的主客体复合结构能够有效缓解充放电过程中的体积SbP变化，维持电极结构完整性典型的碳基复合负极包括核壳结构、，活性物质均匀分散在碳基体中的复合物，以及金属Sn@C Sb@C P/C氧化物碳复合材料（如₂₃、₂）这些复合负极通常通过一步法（如高温热解）或多步法/Fe O/C MoO/C（如活性物质负载后碳化）制备优化后的碳基复合负极可实现高容量（）、长循环寿命400mAh/g（次）和良好倍率性能（），展现出实际应用潜力10005C₂₄复合材料Fe VO@CMK-3₂₄是一种新型纳米复合负极材料，通过将₂₄纳米颗粒均匀分散在有序介孔碳表面制备而成是一种Fe VO@CMK-3Fe VOCMK-3CMK-3具有规则六方排列孔道的介孔碳材料，比表面积高达，孔径约，为金属氧化物提供了理想的负载基体此复合材1000-1500m²/g3-4nm料采用水热法和煅烧法联合制备首先通过水热法合成₂₄前驱体，然后与混合，在惰性气氛下煅烧得到最终产品Fe VOCMK-3透射电镜和扫描电镜分析显示，₂₄纳米颗粒（）均匀分布在表面，形成稳定界面接触射线衍射和射线光电子Fe VO10-20nm CMK-3X X能谱证实了₂₄的成功合成和良好结晶性比表面积测试表明，复合后材料仍保持较高比表面积（约），有利于电解液Fe VO500-700m²/g渗透和界面反应这种纳米复合结构不仅提供了高效电子传输通道，还为₂₄的体积变化提供了缓冲空间，有效提高了电化学性能Fe VO₂₄电化学性能Fe VO@CMK-

389.1%500450赝电容贡献率循环次数容量mAh/g扫速下的赝电容贡献百分比，表明表面控制在全电池中实现的稳定循环次数，电流密度下电流密度下的可逆比容量，远高于商业化硬碳

1.0mV/s

0.5A/g

0.1A/g反应占主导容量保持率负极81%循环伏安分析表明，₂₄复合材料展现出高赝电容贡献特性在扫速下，赝电容贡献率高达，这种表面控制型反应机制有利于快速充放Fe VO@CMK-

31.0mV/s

89.1%电和高倍率性能动力学分析表明，复合材料中钠离子的表观扩散系数（10⁻¹⁰-10⁻¹¹cm²/s）比纯Fe₂VO₄提高约一个数量级，这归功于CMK-3提供的有效离子/电子传输通道在半电池测试中，₂₄在电流密度下表现出的高可逆容量，次循环后容量保持率约即使在高电流密度下，仍能保Fe VO@CMK-

30.1A/g450mAh/g20085%2A/g持的容量，展现出优异的倍率性能更重要的是，与层状氧化物正极₁₃₁₃₁₃₂匹配的全电池在电流密度下循环次后，容250mAh/g NaNi/Fe/Mn/O

0.5A/g500量保持率达，平均工作电压约，能量密度约，展示出实际应用潜力81%

3.0V300Wh/kg第六部分负极材料制备与表征材料合成方法电极制备工艺表征技术与性能评估负极材料的性能与其微观结构、形貌从材料到电极的转化过程同样至关重全面、准确的表征是理解材料结构-和成分密切相关，而这些特性在很大要浆料配方设计、涂布工艺控制、性能关系的基础从微观形貌和晶体程度上取决于合成方法和工艺参数干燥条件优化和辊压参数调整都直接结构分析，到电化学性能评估，系统本部分将详细介绍各类负极材料的制影响电极的最终性能我们将分析电的表征方法帮助研究者深入了解材料备方法，包括热解法、水热溶剂热极制备过程中的关键技术节点，并讨特性，指导材料设计与优化我们将/法、机械球磨法等，探讨工艺参数对论产业化过程中的工艺放大挑战介绍常用表征技术及其应用，特别关材料性能的影响，并提供优化建议注原位表征在理解储钠机理中的重要作用负极材料制备方法热解法水热溶剂热法其他制备方法/热解法是制备碳基负极材料的主要方法，特别水热溶剂热法在密闭反应器中利用高温高压机械球磨法通过高能球磨实现材料的机械合/适用于硬碳和软碳的制备该方法通过在惰性条件，使前驱体在液相中反应形成目标产物金化，适用于合金型负极制备具有工艺简单、气氛（氮气或氩气）中高温热处理有机前驱体，该方法特别适合合成金属氧化物、硫化物等转易于放大优势，但产物均一性控制较难使其发生热分解和重组形成碳材料典型工艺化型负极材料，具有反应条件温和、产物纯度溶胶凝胶法通过前驱体溶液的溶胶化、凝-包括前驱体预处理中温碳化（高、形貌可控等优势→400-胶化和后续热处理实现材料合成有利于实现℃）高温石墨化（℃）600→800-1500典型工艺前驱体溶液配制转移至反应釜组分均匀分布和形貌控制，适合复合氧化物制→→关键参数包括热处理温度、升温速率、保温时加热（通常℃）冷却产物收集备100-250→→间和气氛控制温度直接影响碳材料的石墨化洗涤干燥后处理关键参数包括反应温度、→→模板法利用硬模板（如二氧化硅球）或软模程度和微观结构；升温速率影响气体释放和孔时间、值、表面活性剂类型及浓度等这pH板（如表面活性剂）制备特定形貌的材料可结构形成；保温时间决定反应完全程度通过些参数直接影响产物的晶体结构、颗粒尺寸和实现多孔结构、空心结构等特殊形貌设计，提调整这些参数，可精确控制碳材料的层间距、形貌溶剂热法还可通过选择不同溶剂调控反高材料的电化学性能缺陷密度和孔隙结构应环境，实现更精细的结构控制化学气相沉积法用于制备高质量碳纳CVD米管、石墨烯等纳米碳材料，对设备要求高但产品质量优异负极浆料制备工艺浆料组成设计科学配比各组分含量混合分散工艺确保均匀性和稳定性质量控制检测保证浆料性能一致负极浆料是连接材料合成与电极制备的关键环节，其质量直接影响最终电池性能标准浆料组成包括活性材料（）、导电剂（，如碳80-95%2-10%黑、石墨）、粘结剂（，如、、）和适量溶剂（水或有机溶剂）组分比例需根据活性材料特性进行优化，例如导电性差的材料需3-8%CMC SBRPVDF增加导电剂含量，而容易脱落的材料则需提高粘结剂比例浆料制备过程通常包括预混合（活性材料与导电剂干混）粘结剂溶液配制湿混合（将干混物加入粘结剂溶液）高速剪切分散真空除泡静置熟→→→→→化关键工艺参数包括混合方式（行星式混合、高速剪切、砂磨等）、混合时间、转速、温度和真空度等优质浆料应具备适当的黏度（一般为2000-）、良好的流动性、均匀分散性和长期稳定性工业生产中，通常采用在线黏度监测和颗粒大小分析来确保浆料质量稳定5000mPa·s负极制备流程涂布浆料均匀涂覆于集流体干燥溶剂蒸发形成固态膜辊压增强致密度和附着力分切裁剪成所需极片尺寸负极制备流程从浆料制备开始，经过一系列精密工艺步骤，最终形成性能稳定的电极片涂布是关键工艺，通常采用刮刀涂布、狭缝挤出涂布或辊涂技术，控制涂层厚度均匀性（误差通常要求±）涂布厚度根据材料特性和5%电池设计要求确定，典型单面涂布厚度为涂布速度和网纹辊选择需根据浆料性质优化，确保涂层无50-150μm气泡、无堆积、无漏涂等缺陷干燥工艺采用多温区隧道式烘箱，温度通常为℃，需精确控制升温曲线避免开裂辊压工艺通过调整压力80-120（通常）和温度优化电极密度，理想的压实密度应平衡孔隙率和机械强度分切过程需确保边缘平整无5-15MPa毛刺，利用激光切割或精密模切技术最终极片需进行严格的质量检测，包括厚度测量（±）、重量检测、2μm附着力测试（通常要求）和电化学性能预评估，确保产品性能一致性现代化负极生产线通常集成视

0.8N/cm AI觉检测和在线缺陷监测系统，实现全流程质量控制负极材料表征技术表征类别技术方法获取信息形貌分析扫描电子显微镜表面形貌、颗粒尺寸、分布SEM透射电子显微镜内部结构、晶格条纹、界面特征TEM结构分析射线衍射晶体结构、相组成、晶格参数X XRD拉曼光谱分子结构、碳材料石墨化程度射线吸收精细结构元素局部环境、化学价态X XAFS成分分析射线光电子能谱表面元素组成、化学状态X XPS能量色散射线谱元素分布、成分映射X EDS孔结构分析氮气吸附脱附比表面积、孔径分布/BET扫描隧道显微镜原子级表面结构STM热分析热重分析热稳定性、成分变化TGA差示扫描量热法相变、结晶行为DSC负极材料的全面表征是理解其结构性能关系、指导材料设计的基础形貌分析通过和观察材料的微观结构，提供颗粒尺寸、形态和分布信息；高分辨还能揭示晶格结构和缺陷特征结构分析主要依靠确定晶相组成和晶体结构参数；拉曼光-SEM TEMTEM XRD谱特别适合碳材料的结构表征，通过峰（⁻）和峰（⁻）的比值评估碳材料的石墨化程度和缺陷密度D~1350cm¹G~1580cm¹成分和化学状态分析通过和实现，能够确定元素组成及其分布孔结构分析采用氮气吸附脱附测试，获取比表面积和孔径分布信息，这对于理解材料的离子传输特性和电解液浸润行为至关重要先进的原位表征技术如原位、原位和原位拉XPS EDS/XRD TEM曼等，可直接观察电极在充放电过程中的结构演变，为深入理解储钠机理提供关键信息这些先进表征手段的综合应用，为负极材料的理性设计和性能优化提供了强有力的科学依据电化学性能评估第七部分未来发展趋势与挑战材料性能瓶颈尽管钠离子电池负极取得了显著进展，但仍面临首次库伦效率低、循环稳定性差、速率性能有限等挑战突破这些瓶颈需要深入理解储钠机理，开发新结构设计，以及优化界面工程跨学科研究与计算辅助设计将在解决这些根本问题中发挥重要作用产业化进程钠离子电池正从实验室研究迈向商业化应用，中国企业已在全球产业化进程中占据领先地位成本控制、生产工艺优化、产品一致性和性能稳定性是产业化面临的主要挑战构建完整产业链和制定行业标准将推动技术快速成熟应用拓展钠离子电池将首先在大规模储能领域获得应用，随后可能扩展至低速电动车、电动两轮车等市场负极材料的性能提升将直接拓宽应用场景，未来有望在更多高能量密度领域与锂离子电池形成互补协同创新生态系统的建立对技术商业化至关重要负极材料面临的主要挑战首次库伦效率首次库伦效率是负极材料面临的核心挑战之一，直接影响电池的能量密度和寿命ICE硬碳负极通常为，低于锂离子电池石墨负极•ICE60-80%90%合金负极和转化型负极更低，常在范围•ICE40-70%低主要源于膜形成消耗、不可逆副反应和结构缺陷捕捉•ICE SEI提高的策略预钠化处理、表面修饰、电解液添加剂优化•ICE循环稳定性循环寿命是商业化应用的关键指标，不同负极材料面临不同的稳定性挑战碳基材料膜稳定性和结构演变•SEI合金材料体积膨胀导致的结构崩塌和电接触损失•转化型材料反应不完全可逆性和相变应力累积•提高循环稳定性的方法纳米结构设计、复合化、界面工程•工作电压与安全性负极材料的工作电压平台直接影响电池的能量密度和安全性硬碳工作电压相对较高，降低了全电池电压•

0.1V部分合金负极电压平台适中，兼顾能量与安全•

0.3-

0.8V电压太低会引发钠枝晶风险，威胁安全性•优化策略材料掺杂、界面修饰、电解液调控•动力学与倍率性能钠离子扩散动力学和电子传输性能影响电池的倍率能力和功率密度钠离子半径大，扩散阻力大于锂离子•

1.02Å转化型负极存在显著的电压滞后现象•体积变化导致的电极结构变化降低电子传导性•改善策略导电网络构建、离子通道优化、界面阻抗降低•商业化进展万吨元540%2500年产能成本优势吨均价国内已建成的硬碳负极材料年产能，可支持约与锂离子电池相比，钠离子电池系统成本降低的潜力，硬碳负极材料当前市场价格（人民币吨），随规模扩10GWh/钠电池生产主要来自材料成本降低大有望进一步下降在钠离子电池负极材料中，硬碳已率先实现规模化生产，成为推动钠电池商业化的先锋国内多家企业已建成万吨级硬碳生产线，产品性能稳定可靠，可支持级电池GWh生产生物质基和石油基硬碳是两条并行的技术路线，前者环保可持续，后者性能一致性好，双管齐下推动产业化进程成本控制是商业化的关键因素当前硬碳负极材料成本约为元吨，随着生产规模扩大和工艺优化，预计未来年内可降至元吨材料标准化也取2500/3-51500-2000/得重要进展，行业已初步形成容量、首效、压实密度等关键指标的评价体系产业链布局方面，上游原材料供应、中游材料制备、下游电池应用的生态系统正在形成中国企业在全球钠离子电池产业化进程中占据领先地位，多家企业已推出商业化钠离子电池产品，初步应用于通信基站备电、家庭储能等领域研究前沿热点原位表征技术新型纳米复合结构先进原位表征技术为深入理解储钠机理提供了强前沿研究正聚焦于开发新型复合纳米结构，通过大工具原位、原位透射电镜、原位拉曼XRD精确控制组分分布和界面特性实现性能协同提升和原位核磁共振等技术能实时观察电极在充放电多级孔结构设计、梯度组成控制、自修复界面等过程中的结构演变和相变行为特别是同步辐射创新概念不断涌现特别是三维连续框架结构、技术与电化学测试的结合，揭示了许多传统表征核壳纳米结构和空心多层结构展现出优异性能，手段无法观察的微观过程这些技术已成为指导成为研究热点复杂结构的定向合成和可控制备2材料设计的重要手段，推动了结构性能关系的-能力是该领域的关键挑战建立计算模拟辅助设计界面工程优化理论计算和模拟在材料设计中的作用日益突出电极电解液界面工程已成为提升负极性能的关/密度泛函理论计算可预测材料的热力学稳DFT键研究方向人工设计、功能化电解液添加SEI定性和电化学性能；分子动力学模拟揭示离子扩剂开发、界面反应调控等策略能显著提高首次库散机制；有限元分析评估宏观结构响应多尺度伦效率和循环稳定性新型界面保护层材料如氟计算方法能连接原子级理解与实际应用性能，加化物、氮化物和有机无机复合涂层展现出优异/速材料筛选和优化人工智能与机器学习算法的的界面稳定性原子层沉积等精密涂覆技ALD应用进一步提高了材料设计效率术也为界面工程提供了新工具未来发展方向低成本可持续生产工艺高性能新型负极材料正负极匹配优化随着环保意识提升，开发低碳、低能耗、突破现有材料性能瓶颈，探索新型高性钠离子电池的整体性能不仅取决于单个绿色可持续的负极材料生产工艺成为重能负极材料是未来研究重点这包括开电极材料，还取决于正负极的合理匹配要发展方向这包括利用生物质废弃物发低电压、高容量的新型合金材料，设优化正负极容量比（通常为），

1.1-

1.2作为碳材料前驱体，开发常温合成路径计高稳定性转化型负极，以及探索新型协调工作电压窗口，平衡倍率能力，是减少能耗，以及采用水基工艺代替有机碳基负极材料如石墨烯基复合材料特提升全电池性能的关键预锂化预钠化/溶剂减少环境影响此外，闭环材料回别值得关注的是多机制储钠的复合负极，技术可大幅提高首次库伦效率，减少活收与再利用技术将成为产业可持续发展通过结合不同储钠机制实现容量和稳定性钠损失开发与不同类型正极（层状的关键环节，特别是合金材料中稀缺金性的协同提升氧化物、普鲁士蓝类）匹配的专用负极属的回收利用材料也是未来趋势全固态钠电池负极全固态钠离子电池因其潜在的安全性优势和能量密度提升空间，成为下一代电池技术候选开发与固态电解质兼容的负极材料，解决负极电解质界面问题，/控制充放电过程中的体积变化，是实现高性能全固态钠电池的关键挑战硫基和氧化物固态电解质对负极材料提出了新的界面稳定性要求，将推动专用负极材料的研发总结商业化先锋碳基负极硬碳引领钠离子电池产业化进程容量提升高性能合金与转化型材料2突破容量瓶颈，提高能量密度协同创新多组分复合策略结构优化与界面工程解决关键挑战跨学科研究多维度协同发展材料科学、电化学与计算模拟深度融合通过本课程的系统学习，我们深入探讨了钠离子电池负极材料的结构特性、储钠机制和性能优化策略碳基负极材料（特别是硬碳）以其结构稳定性、成本优势和适中的电化学性能，成为目前最有前景的商业化选择，已实现规模化生产应用合金型和转化型负极材料虽面临循环稳定性挑战，但其高容量潜力为提升钠离子电池能量密度提供了可能路径复合策略是解决单一材料固有缺陷的有效方法，通过精心设计的纳米结构和界面工程，可实现容量、循环稳定性和倍率性能的协同提升钠离子电池负极材料的持续发展需要材料科学、电化学、表面科学等多学科交叉研究，同时也依赖于先进表征技术和计算模拟方法的支持随着基础研究深入和产业化进程加速，钠离子电池有望在大规模储能等领域发挥重要作用，为能源转型和可持续发展做出贡献参考文献与致谢核心参考文献致谢王强李明等钠离子电池负极材料研究进展中国科学化学感谢各位同学在整个课程中的积极参与和深入讨论特别感谢清华大学材

1.,,..:,料科学与工程学院提供的研究支持和实验条件，使我们能够开展钠离子电2022,523:289-

321.池领域的前沿研究

2.Zhang B,Rousse G,et al.Structural andelectrochemical同时，感谢国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的资助，为我study ofhard carbonanodes forNa-ion batteries.Advanced们的研究工作提供了宝贵的支持也感谢国内外合作伙伴在材料表征、性Energy Materials,2021,113:

2003404.能测试等方面的协助

3.Hou H,Qiu X,et al.Carbon anodematerials foradvanced最后，欢迎各位同学在课后继续就相关问题进行深入交流与讨论，共同推sodium-ion batteries.Advanced EnergyMaterials,2022,动钠离子电池技术的发展与应用124:

2100893.

4.Liu Y,Zhang N,et al.Promises andchallenges ofalloyanodes insodium-ion batteries.Advanced FunctionalMaterials,2021,3112:

2010255.

5.Xie F,Zhang L,et al.Sodium-ion batteries:Outlook onpresentand futuretechnologies.EnergyEnvironmentalScience,2021,141:224-

261.。