圖1. 低溫鈉離子電池電極材料和電解液組分。

憑借低溫耐受性，鈉離子電池（SIBs）被認為是鋰離子電池在高緯度、高寒、深空和深地環境的補充。然而，由于電極材料Na⁺擴散動力學遲緩和不穩定的電極-電解液界面反應，SIBs的低溫性能仍然是一個挑戰。因此，電極設計和電解液優化對提升SIBs低溫性能具有重大意義。在這篇綜述中，重點強調低溫SIBs的電解液、負極和正極材料的研究和挑戰，重點關注電極材料中的Na⁺存儲機制和電解液的組成。此外，還總結了提高低溫性能的相關策略，包括選擇鈉鹽陰離子、使用多溶劑組分和在電解液中添加添加劑；以及正極的缺陷、界面和納米結構工程；負極的形態、元素摻雜和孔結構工程。最后，綜述深入分析了溶劑化的Na⁺結構和電極/電解液界面機制，并為電極材料的設計提供了見解，旨在促進SIBs在低溫條件下的性能提升與應用。

相關研究以“Research on Low-Temperature Sodium-Ion Batteries: Challenges, Strategies and Prospect”為題發表在國際知名期刊Energy Storage Mater. （影響因子18.9）上。我校材料與物理學院碩士研究生仇霞為第一作者，陳亞鑫和鞠治成副教授為共同通訊作者，中國礦業大學為第一單位。

當前對低溫鈉離子電池電解液和電極界面的了解和研究仍然有限，這也是未來研究的一個潛在方向。對于電解液而言，進一步研究溶劑化Na⁺結構和電極/電解質界面機理之間的低溫鈉離子電池將是未來研究的一個富有成效的方向。對于正極材料而言，提高低溫性能的關鍵在于減緩相變，而這可以通過納米結構、表面涂層和金屬離子摻雜的協同作用來有效實現。相比之下，對炭負極材料的深入研究仍然相對缺乏。與炭負極匹配的全電池在低溫下表現出較差的電化學性能。而關鍵在于提高負極在低溫下的容量保持率。然而，針對解決動力學緩慢和離子導電性低等問題的炭負極結構工程處于瓶頸。因此優化離子擴散路徑對于提高碳負極的低溫性能至關重要，這可能會在開發具有優越低溫特性的鈉離子電池方面帶來重要的突破。

該文章分析了目前低溫鈉離子電池電解液、正極和負極面臨的問題、挑戰和策略，從材料設計的角度對鈉離子電池系統的低溫性能進行了綜述，特別關注了硬炭負極的機理和設計策略。針對商業上相對未開發領域可用的硬炭負極，提供全面的分析。

 以上研究工作得到江蘇省自然科學基金(Youth Fund, No. BK20221138)，國家自然科學基金(52402069, 21975283, 22279162)等基金項目的資助。