随着地球化石能源的不断消耗以及随之而来的环境污染问题日益凸显，发展绿色可持续的新能源迫在眉睫。钠离子电池作为一种新型储能系统，其长寿命、低成本以及地壳中钠元素储量丰富等优点，受到研究者的广泛关注。硬碳因其优异的导电性、结构稳定性、低电压平台以及耐腐蚀性等众多优点，被认为是最具有产业化潜能的钠离子电池负极材料。然而，其低的首次库伦效率（通常小于80%）严重阻碍着进一步的产业化进程。因此，开发预钠化技术以提高钠离子电池负极材料的库伦效率，进而提高全电池的能量密度得以发展，目前开发的预钠化技术主要包括电化学预钠化、正极添加剂（如NaN3, Na2C4O4）预钠化、金属钠颗粒预钠化等。然而，以上预钠化技术仍存在一定的缺陷。因此，开发一种与现有电池制备技术相容性高且简单、高效的钠补偿方法来提升全电池的能量密度具有非常重要的科学意义以及产业化应用价值。

近日，华中科技大学孙永明教授团队与美国阿贡国家实验室陆俊研究员团队合作开发了一种廉价易得的预钠化溶液，在电极尺度上对负极材料进行钠补偿。该溶液是一种可溶解金属钠的具有低氧化还原电位的溶液。以硬碳电极为例，使用该预钠化溶液可在硬碳负极表面预先形成一层SEI膜，且一定数量的活性钠离子也会预储存到硬碳电极中，通过控制该溶液的添加量，可以有效且可控的调控硬碳负极的首次库伦效率（67-96%）。以Na0.9[Cu0.22Fe0.30Mn0.48]O2为正极和预钠化的硬碳为负极组装的钠离子全电池，相较于采用没有预钠化的硬碳负极组装的钠离子全电池而言，其能提供更高的比容量以及能量密度（240 vs. 141 Wh kg −1）。该预钠化方法不会在电极上引入其他副产物或惰性残留物，可最大化的提高电池的能量密度。此外，这种简单高效的预钠化方法也可普适于钠离子电池其他负极材料，如TiO2和Sn等，同时能通用于锂离子电池预锂化。

研究者相信，此项研究将会为高能量密度钠离子全电池的开发提供新的思路与研究策略。相关研究工作以《A Simple Electrode‐Level Chemical Presodiation Route by Solution Spraying to Improve the Energy Density of Sodium‐Ion Batteries》为题发表在材料类顶级期刊Advanced Functional Materials（DOI：10.1002/adfm.201903795）上。华中科技大学武汉光电国家研究中心博士后刘枭枭以及博士研究生谭宇晨为该论文共同第一作者，孙永明教授和陆俊研究员为共同通讯作者，华中科技大学为第一作者单位。

(a) Na0.9[Cu0.22Fe0.30Mn0.48]O2正极和预形成SEI硬碳负极全电池示意图

(b) 首圈充放电曲线和 (c) 未处理、预钠化处理硬碳负极全电池循环性能

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201903795