鈉離子電池層狀負(fù)極材料Na2Ti3O7的研究進(jìn)展*

文淑湘，王詩(shī)敏，張晶晶，李世友,2

(1. 蘭州理工大學(xué) 石油化工學(xué)院，蘭州 730050；2. 甘肅省鋰離子電池電解液材料工程實(shí)驗(yàn)室， 蘭州 730050)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存材料已成為制約世界能源可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一[1]。目前應(yīng)用較為廣泛的鋰離子電池，因鋰在地殼中的豐度較低、分布不均勻以及較高的價(jià)格，致使其大規(guī)模持續(xù)化應(yīng)用受到限制。鈉由于具有與鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)且鈉具有資源豐富、分布均勻以及價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，使得鈉離子電池的開發(fā)逐漸迎來(lái)研究熱潮。

與鋰離子電池類似，鈉離子電池也是一種“搖椅式”電池，即通過(guò)Na+在正負(fù)極材料之間的嵌入和脫出實(shí)現(xiàn)可逆充放電[2]。鈉離子電池主要包含正極材料、負(fù)極材料和電解液。負(fù)極材料主要為鈉離子電池的工作提供可以儲(chǔ)存離子的位點(diǎn)，對(duì)電池的性能具有至關(guān)重要的作用。脫嵌鈉電位與電池的綜合性能息息相關(guān)。過(guò)低的儲(chǔ)鈉電位會(huì)在電池充電過(guò)程中出現(xiàn)鈉沉積現(xiàn)象，使得電池安全性降低；而過(guò)高的儲(chǔ)鈉電位又會(huì)造成電池輸出電壓和能量密度的損失[3]。因此，探尋具有適宜Na+脫嵌電位的負(fù)極材料對(duì)鈉離子電池的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。近年來(lái)，層狀鈦酸鈉材料(Na2Ti3O7)因具有適中Na+脫嵌電位(0.3 V vs. Na+/Na)、較高的可逆比容量和原料價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在眾多鈉離子電池負(fù)極材料中脫穎而出[4-5]。但Na2Ti3O7材料因較大的Na+半徑導(dǎo)致電子電導(dǎo)率低且離子遷移速率緩慢，使得材料的倍率性能較差。本文主要綜述了鈉離子電池層狀負(fù)極材料Na2Ti3O7的制備及改性方法，并對(duì)其性能衰減原因進(jìn)行了分析與總結(jié)。

1 Na2Ti3O7材料的晶體結(jié)構(gòu)

Na2Ti3O7+(x-2)e-+(x-2)Na+?NaxTi3O7

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2 制備方法

目前，鈉離子電池層狀Na2Ti3O7負(fù)極材料的制備方法主要包括高溫固相法、水熱法、溶膠-凝膠法和反相微乳液法等。

2.1 高溫固相法

固相法工藝流程簡(jiǎn)單操作，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但制備過(guò)程中材料的顆粒粒徑大，團(tuán)聚程度高，使得材料的均一性較低。Rudola等[9]采用固相法合成Na2Ti3O7。按照化學(xué)計(jì)量比稱取銳鈦礦型TiO2和NaOH，球磨機(jī)(400 rpm)球磨4 h，然后750 °C下燒結(jié)20 h。Na/Na2Ti3O7電池在0.1 C倍率下具有177 mA h/g的充電容量。

2.2 水熱法

水熱法條件更溫和、制備的粉體結(jié)晶度好、粒徑小且分布均勻；無(wú)需煅燒和研磨處理，避免了煅燒過(guò)程中造成的晶粒團(tuán)聚和結(jié)構(gòu)缺陷。Wang等[10]采用水熱法合成Na2Ti3O7納米管。首先配制10 mol/L NaOH溶液，然后稱取0.5 g TiO2于聚四氟乙烯底襯中，加入NaOH溶液，攪拌3 h。將反應(yīng)釜置于恒溫干燥箱，130 ℃下恒溫72 h，冷卻，離心，干燥。在354 mA/g的電流密度下，100圈循環(huán)內(nèi)放電比容量保持在108 mA h/g；在3540 mA/g大的電流密度下，放電比容量仍為85 mA h/g。

2.3 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法可在很短的的時(shí)間內(nèi)獲得分子水平的均勻性，制備的材料粒徑分布比較集中。但其陳化(凝膠)時(shí)間反應(yīng)周期較長(zhǎng)。Zukalova等[11]采用溶膠-凝膠法合成Na2Ti3O7。將乙醇鈉溶液與異丙醇鈦(IV)在無(wú)水乙醇中混合，用2.7%聚乙二醇水溶液水解，攪拌并在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上濃縮。將所得漿液在600 °C下煅燒1 h。充電倍率為1和5 C時(shí)，放電容量分別達(dá)到109和63 mA h/g，在活化后的50個(gè)循環(huán)中庫(kù)侖效率為100%，容量下降率為零。

2.4 反相微乳液法

微乳液法實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、易操作，制備出的材料顆粒較小，形貌均勻。但其產(chǎn)量少且有機(jī)溶劑需求量大，不宜用來(lái)大量制備材料。Wang等[12]采用反相微乳液法合成Na2Ti3O7。將一定量正乙烷、正乙醇、曲拉通在錐形瓶中混合作為油相；NaOH水溶液為水相。按照鈉與鈦的摩爾比為2∶3向錐形瓶加鈦酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]，通過(guò)攪拌，離心，干燥后將所得的前驅(qū)體在850 ℃下煅燒4 h。反相微乳液法合成Na2Ti3O7，在0.1 C倍率下，循環(huán)20圈后，容量仍保持在103 mA h/g。

3 Na2Ti3O7負(fù)極材料電化學(xué)性能衰減的原因

由于Na+半徑(0.098 nm)比Li+半徑(0.076 nm)大，Na+在脫嵌過(guò)程對(duì)主體晶格應(yīng)力的變化產(chǎn)生了較大影響，導(dǎo)致材料的循環(huán)穩(wěn)定性變差。因此，Na2Ti3O7負(fù)極材料較差的循環(huán)性能主要與鈉脫嵌而導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)變以及Na2Ti3O7表面活性物質(zhì)和電解液發(fā)生的副反應(yīng)和Na+不可逆的脫嵌而引起。同時(shí)較大體積的Na+在晶格間隙中的擴(kuò)散系數(shù)較低，導(dǎo)致材料的倍率性能較差。

3.1 體積膨脹

鈉離子在脫嵌過(guò)程中，主體材料變化要盡可能小以確保材料的循環(huán)穩(wěn)定性，這樣可以保證電池?fù)碛凶銐蜷L(zhǎng)的使用壽命。而體積膨脹會(huì)導(dǎo)致活性材料的結(jié)構(gòu)坍塌粉化，造成容量急劇衰減。

Xu等[13]通過(guò)第一性原理計(jì)算得到證明，Na2Ti3O7的完全放電產(chǎn)物Na4Ti3O7的“自釋放”現(xiàn)象是導(dǎo)致其晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的主要原因。Wang等[14]同樣通過(guò)第一性原理計(jì)算Na2Ti3O7的晶體幾何學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)隨著Na+嵌入數(shù)量的增加，Na2Ti3O7晶胞體積逐漸增大。理論計(jì)算中假設(shè)當(dāng)9個(gè)Na+嵌入到一個(gè)Na2Ti3O7晶胞時(shí)，晶胞體積比原始晶胞體積膨脹了50%。沿著a軸(見圖1)，晶胞參數(shù)a由0.91 nm增加到了1.35 nm。當(dāng)11個(gè)Na+嵌入到一個(gè)晶胞時(shí)，Ti-O鍵將斷裂，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)坍塌，從而影響材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1 Na2Ti3O7的晶體結(jié)構(gòu)示意圖[6]

3.2 相變

Na+脫嵌過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生應(yīng)力，尤其是發(fā)生相變時(shí)，產(chǎn)生嚴(yán)重晶格畸變，甚至導(dǎo)致塑性變形和裂紋的產(chǎn)生。Xu等[13]通過(guò)第一性原理計(jì)算研究Na2Ti3O7在循環(huán)時(shí)的結(jié)構(gòu)演變，發(fā)現(xiàn)在放電過(guò)程中Na2Ti3O7會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镹a4Ti3O7。通過(guò)觀察Na2Ti3O7和Na4Ti3O7之間的結(jié)構(gòu)差異，發(fā)現(xiàn)盡管材料在嵌鈉的過(guò)程中Ti-O鍵沒有斷裂，但其儲(chǔ)鈉位置會(huì)發(fā)生劇烈變化：Na+配位(Na位于八面體中心與O配位)從初始狀態(tài)的9配位和7配位變?yōu)?配位。因此，在多次充放電之后，其結(jié)構(gòu)可能被破壞，循環(huán)性能下降。

Rudoh等[15]通過(guò)ex-situ XRD研究發(fā)現(xiàn)首次放電過(guò)程中在低電位處(0.2 V)發(fā)生的不可逆晶相的轉(zhuǎn)變是導(dǎo)致Na2Ti3O7容量衰減的主要原因。低壓下發(fā)生的不可逆相變，導(dǎo)致負(fù)極材料在隨后的循環(huán)中，Na2Ti3O7?Na3-xTi3O7(2)鈉存儲(chǔ)路徑損失造成容量的衰減。Wu等[16]研究了混合結(jié)構(gòu)中層狀Na2Ti3O7在充放過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變。發(fā)現(xiàn)Na2Ti3O7在充放電過(guò)程中發(fā)生了由Na2Ti3O7相P21/m空間群)變?yōu)镹aTi1.25O3相(C2/m空間群)，從而導(dǎo)致Na2Ti3O7容量大幅度衰減。

圖2 (a) 在一個(gè)Na2Ti3O7晶胞內(nèi)計(jì)算的生成能與嵌入鈉原子數(shù)量之間的關(guān)系。此線為計(jì)算結(jié)果的指數(shù)擬合曲線; (b) 晶胞體積與嵌入鈉原子數(shù)量之間的關(guān)系[14]

圖3 (a) 相變；(b) Na插層引起的相關(guān)結(jié)構(gòu)變化[13]

圖4 鈉離子脫嵌過(guò)程中層狀結(jié)構(gòu)演變示意圖: (a) Na2Ti3O7結(jié)構(gòu); 模擬了Na+的遷移路徑; (b)層狀Na2Ti3O7相[16]

3.3 表面副反應(yīng)

Kulova等[17]采用恒電流循環(huán)法(PITT)、循環(huán)伏安法(CV)、拉曼光譜法(Raman)和電化學(xué)阻抗譜法(EIS)對(duì)Na2Ti3O7電極的降解進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在循環(huán)過(guò)程中，Na2Ti3O7表面會(huì)產(chǎn)生裂紋以及SEI膜的不斷生長(zhǎng)，導(dǎo)致了Na2Ti3O7負(fù)極材料的降解。Muoz-Márquez等[18]借助X射線光電子能譜(XPS)研究Na2Ti3O7電極中SEI膜的組成和演變。發(fā)現(xiàn)SEI膜由化學(xué)吸附氧、烷基碳酸鹽、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、碳酸鈉、NaF和NaCl組成，其中PEO和烷基碳酸酯會(huì)部分溶解使得SEI膜不穩(wěn)定。通過(guò)固態(tài)核磁共振(NMR)測(cè)試發(fā)現(xiàn)聚偏二氟乙烯(PVDF)脫氟化氫形成的HF和Na+形成了NaF，導(dǎo)致PVDF的損失。故SEI膜不穩(wěn)定性與粘合劑降解都會(huì)導(dǎo)致容量衰減和循環(huán)壽命降低。

除此上述性能衰減的原因之外，Na2Ti3O7負(fù)極材料自身屬于一種半導(dǎo)體(能帶隙為3.7 eV[19])，因此電導(dǎo)率差，從而影響Na+的脫嵌動(dòng)力學(xué)性能。電極材料的導(dǎo)電性是影響其電化學(xué)性能的重要因素，Pan等[20]通過(guò)第一性原理計(jì)算研究了Na2Ti3O7的能帶結(jié)構(gòu)。Na2Ti3O7導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂均處于布里淵區(qū)的同一點(diǎn)，屬于直接帶隙半導(dǎo)體，直接帶隙為2.75 eV，小于實(shí)驗(yàn)值3.73 eV。結(jié)果表明，Na2Ti3O7的本征電子導(dǎo)電性較差。

4 抑制Na2Ti3O7性能衰減的方法

Na2Ti3O7性能衰減的抑制措施主要包括有氧空位、摻雜、表面修飾和形貌調(diào)控。其中，摻雜、引入氧空位等方法主要是改變Na2Ti3O7的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，從而提高Na2Ti3O7的離子擴(kuò)散和電子傳導(dǎo)速率，進(jìn)而改善Na2Ti3O7的電化學(xué)性能。下面分別介紹上述四種方法對(duì)電池電化學(xué)綜合性能的改善。

4.1 氧空位的引入

氧空位的引入能夠使半導(dǎo)體電極材料的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間產(chǎn)生雜質(zhì)帶，帶隙減小，降低電子躍遷至導(dǎo)帶所需要的能量，進(jìn)而改善電極材料的電子導(dǎo)電性。Zhang等[21]通過(guò)水熱和熱還原法合成以柔性碳布為基底，與缺氧型的Na2Ti3O7納米帶(NTO)構(gòu)成三維陣列結(jié)構(gòu)的新型柔性鈉離子電池負(fù)極材料。復(fù)合材料的導(dǎo)電性和活性位點(diǎn)得到提高，電化學(xué)性能也大幅提升，在200 mA/cm2的電流密度下，得到100 mA h/cm2的面積比容量，且經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后容量保持率為80%。此外，這種電極還具有優(yōu)良的倍率性能，當(dāng)電流密度提高到400 mA/cm2時(shí)，仍保持69.7 mA h/cm2的面積比容量，是未引入氧空位材料的3倍之多。三維缺氧的電極材料可有效提高載流子濃度，縮短離子傳輸通道，從而大幅提升電極的電化學(xué)性能。Liu等[22]采用水熱法制備自支撐的3D摻磷Na2Ti3O7納米線陣列，該結(jié)構(gòu)通過(guò)縮短N(yùn)a+和電子的擴(kuò)散途徑，改善電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。另外，磷摻雜引入的表面空位不僅提供更多的活性位點(diǎn)，而且還提高了Na2Ti3O7的電導(dǎo)率，使電極材料具有優(yōu)異的鈉存儲(chǔ)性能。在0.6 C下循環(huán)190圈可提供282 mA h/g的容量，在20 C下循環(huán)3100圈可提供容量50 mA h/g。

Xia等[23]將鑭系元素引入Na2Ti3O7負(fù)極材料中，發(fā)現(xiàn)摻Y(jié)b的Na2Ti3O7表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，在30 C時(shí)可逆容量為89.4 mA h/g，在5 C時(shí)循環(huán)1600圈，可逆容量為71.6 mA h/g。將Yb引入晶格會(huì)導(dǎo)致輕微的晶格畸變，從而導(dǎo)致氧空位的產(chǎn)生，增加載流子密度，并促進(jìn)Na+存儲(chǔ)的動(dòng)力學(xué)。其反應(yīng)機(jī)理如下：

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Chen等[24]采用固相法合成摻雜30% F的Na2Ti3O7納米棒(NTO0.3)。通過(guò)摻F引入新的空位來(lái)容納Na+不僅有利于鈉離子的可逆脫嵌、降低電池內(nèi)阻、提高鈉離子擴(kuò)散系數(shù)，而且提升了Na2Ti3O7的比容量。因此，摻F可有效的改善電池體系的倍率性能和循環(huán)性能。

4.1 摻雜

摻雜是將其他元素和過(guò)渡金屬離子摻入到材料晶體結(jié)構(gòu)中，同時(shí)不能使材料結(jié)構(gòu)有明顯變化的一種改性技術(shù)。一般是摻入與材料中引起電化學(xué)性能降低的金屬離子半徑相接近的離子，目的是通過(guò)提高材料的晶格能的方式來(lái)穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)，從而使材料的容量、循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性得到顯著的提升。Fu等[25]采用H2還原的方法在Na2Ti3O7納米陣列中引入Ti3+，經(jīng)過(guò)紫外可見慢反射光譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Na2Ti3O7的帶隙由3.85 eV降低至3.49 eV，表明氫化后的Na2Ti3O7的本征導(dǎo)電性得到提高。H2還原后的Na2Ti3O7在35 C的高倍率下，循環(huán)10 000圈，仍然具有約65 mA h/g的可逆容量，表現(xiàn)出良好的倍率性能和循環(huán)性能。Sarkar等[26]采用水熱法制備了摻Zr的NTO納米棒，然后采用氫化技術(shù)合成了HNTOZr納米棒。在200 mA/g電流密度下提供約240 mA h/g的放電比容量，并且2 500次循環(huán)后，容量保持率超過(guò)85%。

Song等[27]在氬氣保護(hù)下，將黑磷(BP)納米顆粒與鈦酸鈉/碳(NTO/C)直接進(jìn)行機(jī)械研磨，合成了NTO/C-BP復(fù)合材料。NTO/C與BP納米顆粒連接，形成穩(wěn)定的P-C鍵和較強(qiáng)的P-O-Ti鍵。NTO/C-BP復(fù)合材料通過(guò)與NTO/C的協(xié)同作用，不僅有利于提高比容量，而且對(duì)黑磷在空氣中的暴露也有很大的保護(hù)作用。結(jié)果表明，NTO/C-BP負(fù)極材料可以提供高的比容量，在電流密度為20 mA/g循環(huán)55圈后放電比容量還能保持225 mA h/g，同時(shí)也具有良好的循環(huán)性能，在大電流密度為200 mA/g循環(huán)400圈后放電比容量仍能保持143.3 mA h/g，庫(kù)侖效率也能達(dá)到100%。

4.3 表面修飾

表面包覆的目的是維持材料表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，避免材料與電解液的直接接觸。通過(guò)表面改性來(lái)增強(qiáng)離子擴(kuò)散和電子傳導(dǎo)速率，從而加快電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)。

Zhou等[28]采用溶劑熱法制備了Na2Ti3O7/rGO復(fù)合材料，通過(guò)對(duì)其比表面積分析(BET)、CV、EIS和PITT的測(cè)試結(jié)果表明，石墨烯與Na2Ti3O7緊密結(jié)合，具有良好的電化學(xué)性能，能提供較高的比表面積，緩解體積膨脹，降低電荷轉(zhuǎn)移電阻，提高循環(huán)穩(wěn)定性。且三維的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極大地提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性，100 mA/g的電流密度下，循環(huán)300圈后，放電比可逆容量可達(dá)134 mA h/g，2000 mA/g的高電流密度下，仍然具有約116 mA h/g的放電比容量。

Shi等[29]采用水熱法合成雙殼NTO@TiO2@NC納米線。采用TiO2外殼來(lái)保護(hù)Na2Ti3O7核，摻氮的碳外殼具有較高的比表面積，從而提高了導(dǎo)電性，并且通過(guò)互穿網(wǎng)絡(luò)提供快速的擴(kuò)散途徑，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在80 C(1 C=177 mA/g)的倍率下，電極的可逆容量高達(dá)78.3 mA h/g，是Na2Ti3O7負(fù)極材料的6.6倍。Wei等[30]采用水熱法合成碳包覆的絨球狀MXene衍生物鈦酸鈉。Na2Ti3O7@C具有交聯(lián)的納米帶結(jié)構(gòu)和合適的層間距和開孔率，有利于離子擴(kuò)散和電解質(zhì)滲透。外部的薄碳層可以顯著提高電子傳輸效率并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其具有良好的電化學(xué)性能。電流密度為200 mA/g時(shí)可提供173 mA h/g的放電比容量，表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能，在2 A/g下，每個(gè)循環(huán)容量衰減僅0.026% 。

4.4 形貌調(diào)控

由于Na2Ti3O7本身的導(dǎo)電性能差，使得Na+在電極材料中的擴(kuò)散受到限制，因此，制備形貌特殊的材料可以有效地縮短N(yùn)a+的擴(kuò)散路徑，增大電極材料和電解液的接觸面積，從而提高電極材料的比容量和倍率性能。

Xie等[31]以SiO2為模板合成氮參雜碳包覆的Na2Ti3O7空心球，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料的離子擴(kuò)散速度和電子導(dǎo)電率都較高。Na2Ti3O7負(fù)極材料在50 C的倍率下循環(huán)1000周后容量保持率為93.5%。Chen等[32]采用不同濃度的NaOH處理，制備了介孔Na2Ti3O7微球。通過(guò)調(diào)節(jié)NaOH添加劑的用量，從而控制NTO的比表面積和孔徑分布。結(jié)果表明，3M-NTO微球保持了TiO2前驅(qū)體的介孔結(jié)構(gòu)，有序的孔徑分布產(chǎn)生的離子擴(kuò)散通道，促進(jìn)了Na+的遷移，從而提高了活性物質(zhì)的利用率和電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為400 mA/g時(shí)，3M-NTO電極的初始比容量為286.6 mA h/g，經(jīng)200次充放電后，仍有79.6 mA h/g的放電比容量。

Chen等[33]采用水熱法合成紅細(xì)胞狀空心碳球負(fù)載Na2Ti3O7納米片的復(fù)合材料(Na2Ti3O7@RHCS)，既能提高材料的導(dǎo)電性，又能保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。紅細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)球體通過(guò)密集包覆模式提高壓實(shí)密度，而Na2Ti3O7的超薄納米片狀進(jìn)一步增加了Na+在放電過(guò)程中的活性反應(yīng)中心，縮短了Na+的傳輸路徑。獨(dú)特結(jié)構(gòu)的Na2Ti3O7@RHCS具有良好的循環(huán)性能：在5C倍率下，循環(huán)1 000圈后的可逆比容量為110.46 mA h/g，而在50 C倍率下，循環(huán)1 000圈后的可逆比容量為45.71 mA h/g。Wang等[34]在氯/乙二醇基深共晶溶劑中合成片狀Na2Ti3O7。該材料具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性；在1 C下，循環(huán)50圈后放電容量可達(dá)127 mA h/g；在較大的倍率下(5 C)，循環(huán)2 000圈后，放電比容量為72 mA h/g。表1、2分別對(duì)不同形貌和不同結(jié)構(gòu)的Na2Ti3O7電化學(xué)性能進(jìn)行了比較。

表1 不同形貌調(diào)控的Na2Ti3O7負(fù)極材料電化學(xué)性能對(duì)比

表2 不同結(jié)構(gòu)Na2Ti3O7負(fù)極材料電化學(xué)性能對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

鈉離子電池鈦基層狀化合物Na2Ti3O7因電壓平臺(tái)適中在鈦酸鹽這類負(fù)極材料中脫穎而出，但其較低的電子電導(dǎo)率、脫嵌過(guò)程中的體積膨脹以及不可逆相變?cè)斐傻碾姵厝萘繃?yán)重衰減和安全性問(wèn)題是其快速發(fā)展的主要瓶頸。近幾年來(lái)，通過(guò)摻雜、氧空位的引入、形貌調(diào)控及表面修飾等措施在一定程度上改善Na2Ti3O7材料存在的缺陷，以提高鈉離子電池體系的電化學(xué)性能和安全性能。結(jié)合目前對(duì)Na2Ti3O7的研究發(fā)現(xiàn)，其容量衰減機(jī)理的解釋和表征手段并不成熟，因此結(jié)合新型的表征手段來(lái)探究該材料的衰減機(jī)理是解決Na2Ti3O7負(fù)極材料廣泛應(yīng)用的重要方式。此外，Na2Ti3O7負(fù)極材料因其較低且安全的充放電平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中既能保證電池具有較高的電壓，又能阻止鈉枝晶的生成，進(jìn)而提高鈉離子電池的安全性和實(shí)用價(jià)值。在未來(lái)的研究中，通過(guò)匹配合適的正極組建鈉離子全電池體系以期待獲得高電壓與高能量密度特性。這也將會(huì)成為促進(jìn)鈉離子電池的發(fā)展和應(yīng)用的重要途徑。