综述：钠离子电池研究进展：一项深入的科学计量学综述

这篇综述通过科学计量学方法系统分析了15,682篇文献，揭示了钠离子电池（SIBs）作为锂基技术（LIBs）替代方案的关键进展。文章聚焦电极材料（如硬碳阳极、层状过渡金属氧化物阴极）、电解质优化及全电池性能提升，强调钠资源（Na2CO3/NaCl）的储量优势（地球含量2.74%），并指出中美国际合作对技术创新的主导作用，为储能领域研究提供数据驱动的战略视角。

　　

结构和工作原理
钠离子电池（SIBs）采用与锂离子电池（LIBs）类似的“摇椅式”工作机制，通过Na⁺在正负极间的往复迁移实现充放电。核心组件包括正极（过渡金属氧化物、聚阴离子化合物等）、负极（碳基/钛基材料）、电解质及隔膜。钠的离子半径（1.02 ?）较锂（0.76 ?）更大，导致扩散动力学差异，这一特性成为材料设计的核心挑战。

负极材料突破
硬碳因独特的微孔结构（0.4-2 nm）和约300 mAh/g的可逆容量成为主流选择，其储钠机制涉及层间嵌入与纳米孔填充的协同效应。钛基材料（如Na₂Ti₃O₇）凭借“零应变”特性实现超长循环寿命（>5000次），但低电压平台（0.3 V vs. Na⁺/Na）限制了能量密度。合金类负极（Sb/磷）虽具有高理论容量（660 mAh/g），但体积膨胀（~400%）问题仍需通过纳米结构设计缓解。

正极材料进展
层状氧化物（Na_xMO₂, M=Fe/Mn）因可调组成与高比容量（160 mAh/g）备受关注，但P2-O3相变引发的结构退化亟待解决。聚阴离子化合物（如Na₃V₂(PO₄)₃）凭借三维框架和3.4 V高工作电压实现优异热稳定性，但导电性不足需通过碳包覆改性。普鲁士蓝类似物（PBAs）的开放骨架结构可实现快速Na⁺扩散（10^-11 cm²/s），然而结晶水残留问题影响循环性能。

电解质与界面工程
酯类电解液（如EC:DEC）通过形成富含NaF的SEI膜提升首效（>85%），而固态电解质（Na₃Zr₂Si₂PO₁₂）可抑制枝晶但室温电导率（10^-3 S/cm）仍需优化。新型“阴离子捕获”策略通过调控溶剂化鞘结构减少副反应，使高压正极（>4 V）的库伦效率提升至99.2%。

全球研究格局
科学计量分析显示，2018年后年发文量突破1000篇，中国与美国合作占比超40%。关键词共现网络揭示“能量密度”与“循环寿命”为持续热点，而“界面动力学”和“低温性能”成为新兴方向。

挑战与展望
尽管SIBs在电网储能领域已实现示范应用（如280 kWh级系统），但体积能量密度（250 Wh/L）仅为LIBs的60%。未来需通过多尺度模拟指导材料设计，并建立统一测试标准加速产业化进程。钠资源的可持续性（地壳储量是锂的1000倍）将持续推动该领域向万亿级储能市场迈进。