金属钠具有极高的理论容量和低的氧化-还原电位，是构建高比能钠离子电池的理想负极材料，但在实际应用中也面临着一些亟待解决的关键科学与技术问题：1) 金属钠具有高化学反应活性，易与有机电解液之间发生不可逆的副反应；2) 在钠金属剥离的过程中，钠枝晶的根部可能会优先失去电子而发生断裂，从而形成“死”钠，导致电池容量快速衰减和电池寿命的缩短；3) 在循环过程中，钠金属负极会发生巨大的体积变化；4) 钠枝晶不断生长，可以穿透隔膜，导致钠金属电池内部短路和热失控，甚至是电解液燃烧和电池爆炸，严重限制了钠金属电池的实际应用。因此合理设计调控钠金属负极成为近年来研究的重要课题。

碳基材料是指含有碳元素并以碳元素为主体的材料，其具有丰富的家族成员，通过对其进行综合调控，可以获得高力学强度、低质量、高导电性、大表面积以及良好的化学稳定性等特性；其次，碳基材料易功能化和多孔结构调控。通过对碳基材料的调控修饰，可以引入亲钠性官能团或结构，降低成核过电位，均匀化钠沉积过程；多孔三维的碳结构材料具有高的比表面积，能够降低局部有效电流密度，延缓钠枝晶的生长；此外碳骨架结构具有良好的力学性能，能有效缓冲钠金属沉积/剥离带来的体积变化等问题。基于上述这些优点，碳基材料是用作钠金属负极集流体的杰出候选材料之一。

图文摘要

近年来，上海大学吴超研究员团队针对钠金属电池关键科学问题，开展了系列研究，包括新的电解液体系、新的添加剂、创建人工SEI膜以及新型集流体的表界面设计和构建等。在前期研究基础上，研究团队对碳基集流体材料在钠金属负极中的应用进行了详细总结，在《新型炭材料》（New Carbon Materials）上发表最新综述“Carbon-based Current Collector Materials for Sodium Metal Anodes”。本文从集流体的研究角度出发，综述碳基集流体材料在钠金属负极上的研究进展。首先介绍了金属钠作为钠离子负极材料所面临的关键性挑战以及目前采用的几种解决策略，然后从维度和尺度的角度，综述了不同碳基材料作为钠金属集流体在钠金属负极中的应用，包括一维、二维、三维碳质材料以及碳基复合集流体材料。并着重分析碳基材料的微纳结构、表面组份、比表面积与钠金属负极沉积行为之间的关系，为未来合理设计和构筑碳基钠金属负极集流体材料提供指导。

上海大学硕士研究生为第一作者，吴超研究员和吴宽博士为通讯作者。上述研究得到了中国博士后科学基金会的支持。

文章信息New Carbon Materials

王 艳，朱 铭，刘昊轩，张远俊，吴宽^*，王官耀，吴 超^*. 碳基集流体材料在钠金属负极中的应用[J]. 新型炭材料，2022，37(1): 93-108.

WANG Yan, ZHU Ming, LIU Haoxuan, ZHANAG Yuanjun, WU Kuan, WANG Guanyao, WU Chao. Carbon-based Current Collector Materials for Sodium Metal Anodes[J]. NEW CARBON MATERIALS, 2022,37(1): 93-108.

期刊官网：http://xxtcl.sxicc.ac.cn

国际版主页：https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials

扫码关注