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第14卷第4期2023年8月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.4Aug. 2023水系钠离子电池负极材料NaTi 2（PO 4）3的研究进展刘晓娟a ，b ， 王春香a ，b ， 吴永麟a ，b ， 钟晓辉a ，b ， 廖斯民a ，b， 李之锋*a（江西理工大学，a.材料冶金化学学部；b.江西省动力电池及材料重点实验室，江西 赣州 341000）摘要：近年来，水系钠离子电池由于原材料储量丰富、安全可靠、环境友好等优势在电化学储能系统中引起了愈加广泛的关注与研究。
在已报道的诸多水系钠离子电池负极材料中，具有超离子导体结构的NaTi 2（PO 4）3 （NTP ）成为最具代表性的负极材料。
然而，由于NTP 固有的本征电子导电性差与不可逆的“溶解-沉淀”行为阻碍了其进一步实际应用。
本文综述了近几年来NTP 及其复合材料作为负极材料在水系钠离子电池中的研究进展，总结了NTP 改性的主要方法，包括表面修饰、尺寸形貌控制和掺杂取代，并对每种改性措施进行了详细论述。
最后对NTP 作为水系钠离子电池负极材料的应用前景进行了展望。
关键词：水系钠离子电池；NaTi 2（PO 4）3；负极材料；评述中图分类号：TM912.2；TG146.26 文献标志码：AResearch progress of NaTi 2（PO 4）3 anode materials for aqueoussodium-ion batteriesLIU Xiaojuan a, b , WANG Chunxiang a, b , WU Yonglin a, b , ZHONG Xiaohui a, b , LIAO Simin a, b , LI Zhifeng *a（a. Faculty of Materials Metallurgy and Chemistry ； b. Jiangxi Key Laboratory of Power Battery and Materials ， Jiangxi University ofScience and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ）Abstract: In recent years, aqueous sodium-ion batteries have attracted increasing attention, and more and more research focuses on electrochemical energy storage systems due to their advantages of abundant raw materials, safety and reliability, and environmental friendliness. NaTi 2(PO 4)3 (NTP) with a superionic conductor structure has become the most representative anode material in many reported aqueous sodium-ion batteries. However, the inherent poor electronic conductivity and irreversible dissolution-precipitation behavior of NTP have hindered its further practical application. In this work, the research progress of NTP and its composites as anode materials in aqueous sodium-ion batteries in recent years were reviewed, and the main methods of NTP modification were summarized, including surface modification, size morphology control and doping substitution. Moreover, each modification method was also discussed in detail. Finally, the application prospects of NTP as anode materials for aqueous sodium-ion batteries are proposed.Keywords: aqueous sodium-ion batteries ； NaTi 2（PO 4）3；anode materials ； review 收稿日期：2022-07-22；修回日期：2022-11-19基金项目：国家自然科学基金资助项目（51874151）通信作者：李之锋（1979— ），副教授，主要从事新能源电池及其材料方面的研究。
水系锌离子电池的参考文献水系锌离子电池是一种新型的可充电电池，具有高能量密度、低成本、环保等优点，因此备受关注。
以下是一些关于水系锌离子电池的参考文献。
1. Wang, Y., et al. "Aqueous Zinc-Ion Batteries: Progress and Prospects." ACS Energy Letters 3.6 (2018): 1461-1469.本文综述了水系锌离子电池的最新研究进展，包括电极材料、电解液、电池性能等方面。
文章指出，水系锌离子电池具有很高的应用前景，但仍需进一步改进电池性能和稳定性。
2. Li, Y., et al. "Aqueous Zinc-Ion Batteries with High Energy Density and Long Cycle Life." Nature Communications 8.1 (2017): 1-8.本文报道了一种高能量密度和长循环寿命的水系锌离子电池，采用了新型的电极材料和电解液。
实验结果表明，该电池具有优异的性能，可以作为可靠的储能设备。
3. Xu, C., et al. "Aqueous Zinc-Ion Battery Based on ZincHexacyanoferrate and Zinc Sulfate." ACS Applied Materials & Interfaces 9.26 (2017): 21923-21929.本文介绍了一种基于氰合铁酸锌和硫酸锌的水系锌离子电池，采用了简单的制备方法和低成本的材料。
实验结果表明，该电池具有良好的循环稳定性和高能量密度，可以作为一种可行的储能方案。
4. Zhang, Y., et al. "Aqueous Zinc-Ion Battery with High Capacity and Long Cycle Life." Journal of Power Sources 342 (2017): 291-297.本文报道了一种高容量和长循环寿命的水系锌离子电池，采用了新型的电极材料和电解液。
水系锌离子电池的发展现状
水系锌离子电池是目前研究的热点之一，近年来在探究其能量储存机制方面取得了不少进展。
目前水系锌离子电池的发展现状如下：
1. 锌离子电池技术已逐步成熟。
随着电化学储能技术的发展，越来越多的实验表明锌离子电池具有成为新型储能技术的潜力。
目前已经有不少锌离子电池的研究被发表在了高影响力的国际期刊上，并且已经有一些锌离子电池技术已经进入到了实际应用阶段。
2. 锌离子电池具有良好的安全性能。
与其他电池技术相比，锌离子电池的电解液是基于水的，因此相对来说更加安全。
同时，在放电过程中，电极材料的反应产物也是与水相容的，因此锌离子电池的使用过程中，不存在引发火灾或爆炸等安全隐患的问题。
3. 锌离子电池具有良好的循环稳定性。
在实验中，锌离子电池具有很好的循环稳定性，因此被视为一种可能替代锂离子电池的电池技术。
目前已经有不少实验表明，在循环次数
较多的情况下，锌离子电池的性能表现要优于传统的锂离子电池。
4. 锌离子电池的能量密度还有待提高。
目前的问题在于，锌离子电池的能量密度还不够高，不足以满足某些
领域的需求。
因此，目前科学家们正在努力寻找新的电极材料，以提
高锌离子电池的能量密度。
总的来说，锌离子电池作为一种新型电池技术，具有很好的发展前景。
尽管目前仍有一些问题需要解决，但相信在持续的研究努力下，锌离
子电池技术将会得到进一步的完善和发展。
第49卷第7期2021年7月硅酸盐学报Vol. 49，No. 7July，2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20210161 水系锌离子电池及关键材料研究进展戴宇航，甘志伟，阮雨杉，安琴友，麦立强(武汉理工大学，材料复合新技术国家重点实验室，武汉 430070)摘要：水系锌离子电池作为一种新型二次离子电池，因其低成本、高安全、环境友好以及高功率密度等特点，在大规模储能等领域具有广阔的应用前景。
以本课题组在水系锌离子电池领域的研究成果为基础，结合国内外同行的最新研究工作，主要从正极材料、负极材料和电解液3个方面系统性地总结了水系锌离子电池的研究进展，凝练出当前该领域电池循环寿命短等瓶颈问题并提出了“单相反应机制”等解决思路，最后对高能量密度、高安全、长寿命水系锌离子电池未来的研究和发展方向进行了展望。
关键词：水系锌离子电池；正极材料；锌金属负极；电解液中图分类号：TB321 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)07–1323–14网络出版时间：2021-06-25Research Progress of Aqueous Zinc Ion Batteries and Their Key MaterialsDAI Yuhang, GAN Zhiwei, RUAN Yushan, AN Qinyou, MAI Liqiang(State Key Laboratory of Advanced Technology For Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology,Wuhan 430070, China)Abstract:As a new type of secondary ion battery, aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) showed a promising application prospect in the field of large-scale energy storage, due to their low cost, high safety, environmental friendliness and high-power density. In this article, the research progress of AZIBs will be summarized from three aspects, including cathode materials, anode materials and electrolytes. Furthermore, the bottlenecks such as the short cycle life of batteries in this research area will be identified, while the respective possible solutions such as “single-phase reaction mechanism” will be proposed. Finally, an outlook on future research and development directions for AZIBs with high energy density, high safety and long cycle life will be offered as a conclusion. Keywords: aqueous zinc-ion batteries; cathode materials; zinc metal anode; electrolyte随着人类社会的不断发展，能源供给的大幅度增加和环境污染的日益严重成为亟需解决的两大问题。
锂离子电池的研究进展综述锂离子电池的研究进展刘文 2015200807近十年以来，通过对新电极材料和新存储机理的开发研究，基于锂的可重复充电电池技术得到了飞跃发展，电池性能不断提高。
得益于纳米技术的不断探索发现，传统电池材料存在的许多重难点基础问题极有希望得到解决。
一、纳米技术致力于解决传统电池领域的哪些重大问题？1. 体积变化导致活性颗粒和电极的开裂与破碎传统嵌入式电极材料在充放电过程中的体积变化较小。
而对于新型的高容量电极材料而言，由于充放电过程中，大量Li物种嵌入和脱嵌，发生巨大的体积变化。
经过多次循环之后，活性颗粒和电极材料会开裂和破碎，影响电学传导，并造成容量降低，最终导致电池失效，大大缩短了电池的使用寿命。
据报道，合金型负极材料的体积膨胀率中，Si为420%，Ge和Sn为260%，P为300%。
而传统的石墨负极只有10%。
图1. 活性颗粒和电极材料在充放电过程中开裂和破碎的过程硅极负极的解决方案纳米材料一个天然优势就在于，其尺寸较小，可以在颗粒和电极层面上有效抵抗力学上的破坏。
高容量电极材料有一个基本参数，叫做临界破碎尺寸。
这个参数值取决于材料的反应类型（譬如合金反应，转化反应）、力学性能、结晶度、密度、形貌以及体积膨胀率等一系列参数。
而且，电化学反应速率对于颗粒的开裂和破碎影响重大，充放电速率越快，产生的应力就越大。
当颗粒尺寸小于这个临界尺寸时，锂化反应引起的应力就能得到有效控制，从而缓解颗粒的的开裂和破碎行为。
研究表明，Si纳米柱的临界尺寸是240-360 nm，Si纳米线的临界尺寸是300-400 nm，这一区间范围主要是受到电化学发宁速率的影响。
晶化Si纳米颗粒的临界尺寸大约是150 nm。
图2. Si纳米线负极材料可以适应应力的影响因此，颗粒的破碎问题可以通过使用低于临界尺寸的各种纳米结构材料来实现，譬如纳米柱、纳米线、纳米颗粒、纳米管、纳米棒、以及纳米复合材料等。
至于电极的破碎问题主要是采用一系列胶粘方法将Si纳米颗粒粘结在集流器上实现。
Chem.Soc.Rev.夏永姚综述：超级电容器的机理、材料、系统、表征及应用超级电容器因具有高功率密度，长循环稳定性和高安全性等，视为在需要高功率输送或快速存储能量应用方面的一种替代或补充可充电电池。
最近，复旦大学的夏永姚课题组在C h e m . S o cR e v 上发表了题为“E l e c t r o c h e m i c a l c a p ai t o r s : m e c h a n i s m , m a t e r i a l s , s y se m s , c h a r a c t e r i z a t i o n a n d a p p l i ct i o n s （超级电容器的机理、材料、系统、表征及应用）”的述。
在大牛夏永姚研究团队的这篇最新综述中，对超级电容器的储能机理、电极材料、电解液材料、系统、表征方法及应用做了一个系统全面而精简的讲解。
综述导览图1 超级电容器背景介绍超级电容器相比于电池，能够提供更高功率密度和快速的能量存储，但其能量密度比电池低得多，而能量密度取决于超级电容器电极材料的比电容（F）和全电池电压（V），因此，开发纳米多孔电极材料改善比电容和建立混合型/非对称超级电容器增加电压成为有效的方法。
如何开发一个高能量密度，又同时保有高功率密度、长循环寿命特性的超级电容器是许多研究人员致力解决的问题。
这篇文章回顾了超级电容器存储机理、表征手段、系统和相关材料的最新进展，最后，还讨论了超电在实际应用中的相关前景和挑战。
图1 综述概览图2 超级电容器电荷存储机理超级电容器的能量主要通过两种方式进行储存：基于电极表面静电累积作用形成的双电层电容和基于快速可逆表面氧化还原反应的赝电容。
目前可充电电池机理主要基于阳离子(H或Li)在材料晶体结构内脱嵌行为和氧化还原反应。
插层赝电容作为一种新型电荷存储机理主要依赖于阳离子(如 Li, Na, K, H)嵌入/脱嵌行为。
水系锌离子电池负极mof 解释说明1. 引言1.1 概述水系锌离子电池是一种新兴的储能技术，在可再生能源存储和移动电源方面具有广泛应用前景。
作为水系锌离子电池中的关键部分，负极材料起着储存和释放锌离子的重要作用。
近年来，金属有机框架材料（MOF）作为一种新型负极材料引起了广泛关注。
1.2 文章结构本文主要围绕水系锌离子电池负极材料中的MOF展开研究。
首先介绍水系锌离子电池以及MOF材料的基本概念和特性，然后探讨在水系锌离子电池负极中应用MOF的实际状况。
接下来解释了水系锌离子电池负极MOF的原理机制，并对相关实验研究和结果进行分析。
随后讨论了影响水系锌离子电池负极MOF性能的因素包括MOF材料结构与性能关联性研究、外部条件对MOF 负极性能的影响、提高MOF 负极稳定性和可循环使用性的方法与探索。
最后对本文进行了总结，并展望了未来水系锌离子电池负极MOF研究的发展方向。
1.3 目的本文旨在系统阐述水系锌离子电池负极材料中MOF的相关研究进展，探讨其在能源存储领域的应用前景。
通过深入分析水系锌离子电池负极MOF的原理机制、性能影响因素以及存在问题，为进一步优化设计新型高效水系锌离子电池提供科学依据，并促进该领域的研究与发展。
2. 水系锌离子电池负极MOF2.1 水系锌离子电池简介水系锌离子电池是一种基于水溶液的电解质体系和锌金属作为负极材料的可充电电池。
相较于传统的锂离子电池，水系锌离子电池具有更高的安全性、低成本和良好的环境友好性。
2.2 MOF材料的基本概念和特性MOF（金属有机框架）是一类由金属离子或金属团簇与有机配体之间构筑而成的晶态材料。
其具有多孔结构、高度可调性以及丰富的功能化官能团等特点，能够提供良好的储氧、储氢和吸附分离能力。
2.3 MOF作为水系锌离子电池负极的应用MOF作为水系锌离子电池负极材料，具有巨大潜力。
首先，MOF材料可以实现高度可调性设计，通过合理选择配体和金属离子实现对其孔径大小和形状以及电荷输运性能等进行调控。
