我国学者在钠离子电池体积能量密度研究方面取得进展

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52394170、52394174）等资助下，中国科学院物理研究所胡勇胜研究员团队，提出了一种构建单壁碳纳米管导电限域网络的策略，成功攻克了高比能锡基负极的稳定性难题。相关研究成果以“用于高体积能量密度钠离子电池的耐久合金负极（Durable alloy anode for Na-ion batteries with high volumetric energy density）”为题，于2026年2月16日在《自然·能源》（Nature Energy）上在线发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/10.1038/s41560-026-01974-2。

　　钠离子电池凭借资源丰富、成本低廉的优势，在大规模储能和电动重卡领域展现出巨大的应用潜力。然而，这些应用场景对电池的空间利用率和体积性能提出了更高要求，从而对电池的体积能量密度构成了严峻挑战。锡因高理论容量和高压实密度，被认为是一种极具潜力的候选负极材料。但最大的挑战是其在循环过程中面临剧烈的体积变化，导致颗粒粉化、电接触丧失，造成活性物质利用率降低和容量迅速衰减。尽管此前报道的诸多改性策略能够缓解其体积膨胀而提升循环稳定性，但往往以牺牲容量发挥和首周库仑效率为代价，且材料制备工艺复杂，成本增加，限制了其大规模应用。此外，锡的莫氏硬度低，极易在浆料制备中自发团聚，同样限制了其规模化制备。

　　针对上述问题，研究团队利用单壁碳纳米管与微米锡晶面之间的强吸附作用，构建了坚固的交联网络。这一网络在电极制备阶段充当“过程控制剂”，有效抑制了锡颗粒的团聚，实现了活性物质负载量高达92 wt.%的电极制备。利用多尺度表征技术结合机器学习，深入研究了微米锡颗粒在循环中的形貌演化过程，并建立了拓扑演化与电化学性能间的定量正相关关系。研究揭示了锡负极经历充分拓扑形貌演化是保证电化学反应持续进行的必要条件，而加固交联网络的支撑作用可有效维持形貌演变过程中颗粒间连续的机械与电连接，保证高活性物质利用率，兼顾高容量的发挥与长循环稳定性。基于此策略，制备出的微米锡负极在0.1 A/g下具有789.4 mAh/g的高可逆容量，并在2 A/g大电流下循环6000次后，容量保持率仍高达87.6%。基于公斤级放大制备的微米锡负极，制备了安时级钠离子电池，实现了超过453 Wh/L的高体积能量密度，并在4C倍率下实现稳定循环。此外，该电池还展现出优异的低温性能，其综合性能可与商业磷酸铁锂电池相媲美。

　　这项工作为设计合金负极提供了新思路与新视角，并为开发下一代高能量密度钠离子电池提供了一条可推广的实用化路径。

图 锡基安时级软包电池的制备工艺及电化学性能