综述：铋基材料——低温快充钠离子电池的新星

（编辑推荐）本综述系统探讨了铋(Bi)基材料作为钠离子电池(SIBs)低温快充(LTFC)负极的机遇与挑战，重点解析了其高体积容量(3800 mAh cm?3)、快速Na+扩散动力学及醚类电解质诱导的3D多孔结构优势，同时提出应对体积膨胀(244%)和低温界面不稳定的创新策略，为极端环境储能提供新思路。

　　

低温效应对钠离子电池的影响
温度是决定电化学反应速率的关键因素。钠离子电池(SIBs)在低温下面临三大挑战：电解质粘度增加导致离子电导率下降、电荷转移阻抗增大、以及Na⁺在活性材料中的固相扩散速率降低。值得注意的是，Na⁺的斯托克斯半径小于Li⁺，其在乙烯碳酸酯(EC)中的去溶剂化能(152.8 kJ mol^?1)显著低于锂离子(208.9 kJ mol^?1)，这一特性赋予SIBs更优的低温界面电荷转移动力学。

铋基材料的挑战与机遇
铋凭借其独特的层状晶体结构(c轴层间距3.95 ?)和0.5 V左右的适中反应电位，成为理想的SIBs负极材料。其理论质量比容量(386 mAh g^?1)和体积比容量(3800 mAh cm^?3)远超硬碳负极。然而，从Bi到Na₃Bi的完全钠化过程伴随244%的体积膨胀，易导致电极结构崩塌。研究揭示，醚类电解质可诱导Bi电极自发形成稳定的3D多孔纳米结构，大幅提升快充性能。

兼容电解质设计
醚类电解质通过形成富含无机成分的固态电解质界面(SEI)，有效抑制枝晶生长并提升低温离子传导。实验表明，二甘醇二甲醚(DME)基电解质能促进Na⁺的快速脱溶剂化，在-30°C下仍保持较高电导率。

先进表征技术
原位X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)证实了Bi-Na合金化过程中高扩散系数中间相(NaBi)的存在，这种亚稳态相能显著加速Na⁺传输。同步辐射技术则揭示了多孔结构在循环过程中的自修复特性。

产业化应用前景
尽管铋基材料在实验室已实现300C的超快充放电性能，但产业化仍需解决三大瓶颈：开发可规模化制备的喷雾干燥工艺、优化电极浆料配方以适应厚电极制备、以及建立与高电压正极(如Na₃V₂(PO₄)₃)的兼容体系。

总结与展望
铋基材料在极地勘探、深海装备等极端环境储能领域展现独特优势。未来研究应聚焦于：通过原子掺杂调控中间相形成能、开发宽温域自适应粘结剂、以及构建人工智能辅助的材料筛选平台。值得注意的是，铋的地壳丰度(0.025 ppm)是锂的50倍，其成本优势将加速SIBs在储能市场的商业化进程。