综述：钠离子电池容量衰减机制与健康状态评估研究进展

这篇综述系统梳理了钠离子电池(SIBs)的核心挑战：基于钠资源的经济优势，重点解析了正极/负极/电解质材料对容量衰减的影响机制，并对比评述了健康状态(SOH)评估中直接测量法、模型法、数据驱动法与融合法的优劣。特别指出融合方法因其高精度已成为主流，为开发低成本长寿命储能技术提供了关键理论支撑。

　　

摘要

钠离子电池(SIBs)凭借丰富的钠资源和成本优势，正成为锂离子电池(LIBs)的重要替代品。然而其实际应用受限于容量衰减和健康状态(SOH)评估难题。本文从材料机制与算法模型双维度展开：一方面揭示正极不可逆相变、负极钠枝晶生长、电解质分解等衰减机制；另一方面指出融合电化学模型与机器学习的方法可提升SOH预测精度至商用水平。

阴极材料的影响

层状氧化物正极的不可逆相变是容量衰减的主因。Na⁺的较大离子半径（1.02 ? vs Li⁺ 0.76 ?）导致结构重排时晶格应力累积，引发P2-O2相变。普鲁士蓝类似物则面临晶格缺陷导致的Na⁺脱嵌动力学迟滞问题。通过掺杂Al³⁺或Ti⁴⁺可稳定晶体框架，使容量保持率提升20%以上。

阳极材料的挑战

硬碳(HC)负极的sp³杂化碳层间距（~0.37 nm）虽利于Na⁺嵌入，但反复膨胀会引发颗粒破碎。金属钠负极更受枝晶问题困扰——当电流密度>1 mA/cm²时，苔藓状枝晶可刺穿隔膜引发短路。引入三维石墨烯载体可将循环寿命延长至500次以上。

电解质的关键作用

酯类电解液易在负极形成厚而不稳定的固体电解质界面(SEI)，而醚类电解液能生成富含NaF的薄SEI层（<10 nm）。全固态电解质虽能抑制枝晶，但室温离子电导率仅10^-4-10^-3 S/cm。最新研究发现NaFSI基电解液可使库伦效率达99.6%。

SOH评估技术进展

传统开路电压法误差达8%，而融合电化学阻抗谱(EIS)与长短期记忆网络(LSTM)的混合模型将误差压缩至1.5%。值得注意的是，高斯过程回归(GPR)对小样本数据表现出优异鲁棒性，适合早期衰减预测。

总结展望

突破材料-界面-算法协同优化是关键：开发多尺度表征技术揭示衰减机理，设计自适应电解质体系，并构建数字孪生BMS系统。预计到2030年，SIBs循环寿命有望突破8000次，度电成本降至$0.05/kWh以下。