三维碳基集流体在高比能钠金属电池中的应用与展望

张智强a,b ，董德锐a,b，曹柳悦c，张斌伟*,a,b(a 重庆大学化学化工学院 特种化学电源全国重点实验室)(b 重庆大学前沿交叉学科研究院 先进电能源化学研究中心)(c 重庆大学材料科学与工程学院)

摘要：钠金属电池因其理论比容量高(1076 mA•h•g－1)和钠资源储量丰富, 被认为是下一代高能量密度电池的理想选择之一. 然而, 钠金属负极在循环过程中易形成枝晶, 引发短路问题, 导致电池循环寿命短和库仑效率低, 甚至存在安全隐患. 作为电池关键结构材料, 集流体的形貌结构设计可调控钠金属的沉积/剥离行为, 从而抑制枝晶生长. 其中, 三维碳集流体凭借其稳定的机械支撑、高比表面积和优化的离子传输路径, 能有效抑制枝晶形成, 显著提升电池的循环稳定性和电化学性能, 成为最具潜力的集流体材料之一. 系统综述了近年来碳集流体的制备工艺, 重点分析了三维碳基集流体的性能优化策略, 如原子掺杂提高亲钠特性、功能化改性三维碳材料电子结构、有机/无机复合策略提高界面稳定性以及孔径结构调节三维碳基集流体表面反应等方法, 并探讨了碳基材料的应用优势与研究进展. 最后, 对三维集流体在钠金属电池中的未来发展方向进行了展望.

关键词：钠金属电池；碳基集流体；亲钠特性；电子结构；界面稳定性