《表1 电池中不同金属负极理论关键性能指标的比较[6]》

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《离子电池正极材料的结构与性能》

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随着人类文明社会的发展，对能源的需求越来越大，而大量使用化石资源又会引起严重的环境问题，所以人们对水电、太阳能、风能和储能等可再生能源的勘探和应用越来越感兴趣[1]。索尼于1991年首次将锂离子电池（LIB）二次电池商业化，由于高能量密度和高效率，LIB在手机、相机和笔记本电脑等消费电子市场占据了主导地位[2]。目前商业化的锂离子二次电池平均工作电压为3.6 V[3]。然而，LIB在使用过程中会出现锂枝晶、高温不稳定等问题[4]。并且传统的正极材料理论能量密度低，无法满足动力电池发展的需求[5]。对此研究者们开发了多种电池体系，其中高能量密度的三元高镍材料和锰基富锂材料显示出了广阔的发展前景。同时，又受锂资源缺乏和成本问题限制了LIB的发展[6]。对此，人们已经开始把焦点转向了其他离子电池（K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Al3+等）体系地研发。钠、钾离子电池成本低，被认为是LIB最理想的替代品之一[7]。然而，钠、钾元素相对原子质量和半径都比锂大，导致理论能量密度低和脱嵌困难[8-9]。因此，开发可以可逆脱嵌钠、钾离子的正极材料是重要的研究方向。与锂、钠、钾离子不同，镁、铝锌离子的多价性质而表现出高体积容量的潜在优势（表1）。可是Mg2+、Zn2+、Al3+的高价性质又使其表现出较慢的扩散速度，导致可逆容量和输出功率降低[10]。因此，开发具有高可逆容量和足够工作电压的正极材料已成为多价离子电池技术发展的关键突破点。本文总结了近几年关于离子电池正极材料的一些前沿报道，并阐述了材料性能与结构间的关系。