近日，我院吴兴隆副教授研究小组在材料类国际著名学术期刊Advanced Energy Materials（2018, 10.1002/aenm.201703252，影响因子：16.721）上发表了题为“An Ultralong Lifespan and Low-Temperature WorkableSodium-Ion Full Battery for Stationary Energy Storage”的文章，成功设计了一类新型钠离子全电池，表现出超长循环寿命以及优异低温和倍率性能。由于研究成果具有明显应用性且达到实用化水平，在论文发表之前，还申请了相关发明专利4项。

本研究工作以前期开发的高比能Na₃V₂(PO₄)₂O₂F材料（简写为NVPOF，Advanced Materials 2017,29, 1701968和Advanced Energy Materials 2018,8, 1702504）为正极，新制备的3DSG纳米复合材料为负极，设计装配了工作机理如图1a所示的高性能钠离子全电池3DSG//NVPOF。图1b为所得3DSG//NVPOF钠离子电池的比容量随电流密度的变化情况。可见，在0.02 A g^-1这样的低电流密度下，3DSG//NVPOF的比容量达128.1 mA h g^-1；当电流密度逐渐增加至2 A g^-1或4 A g^-1，其比容量仍可为83.1或72.7 mA h g⁻¹。以电流密度为2 A g^-1进行举例计算，与0.02 A g^-1相比，尽管电流密度增加了100倍，其容量损失率仅为35.1 %。表明装配的3DSG//NVPOF钠离子全电池具有优异的倍率性能。更重要的是，该3DSG//NVPOF电池表现出超长的循环寿命。例如，在室温和1 A g^-1的电流密度下循环15000次后，其容量保持率仍高达86.3%。如果以容量保持率为80%作为电池寿命的评价标准，按照使用过程中每天进行1次完全充放电进行计算，该电池的使用寿命可达60年以上。

图1. 3DSG//NVPOF钠离子全电池在室温条件下的储能性能：（a）工作原理示意图；（b）不同电流密度下测试所得的倍率性能；插图为单片软包电池可点亮47个绿色LED灯泡组成的显示屏；（c）在电流密度1 A g^-1下的循环性能测试结果。

除了室温下的优异高倍率和长循环寿命外，如图2所示，所装配3DSG//NVPOF钠离子全电池还表现出非常优异的低温储能性能。以0.04 A g^-1的电流密度为例，以25 °C下的比容量为标准，15 °C，5 °C，-5 °C，-15 °C和-25 °C下的容量保持率分别为~97.8 %，97.5 %，85.5 %，75.1 %和60.7 %。图2c还进一步给出了3DSG//NVPOF钠离子全电池在不同温度下的循环性能。可以看出，在0.4 A g^-1这一电流密度的测试条件下，随着测试温度从25°C逐渐降低到15 °C，5 °C，-5 °C，-15 °C和-25 °C，经过1000圈循环后，相应的容量保持率值分别为96%，95%，90%，94%，89%和75%，表明该电池还可在低温下长时间地循环使用。

图2.3DSG//NVPOF钠离子全电池的低温储能性能：（a）容量保持率随电流密度和温度的变化情况；不同温度下（b）功率密度和能量密度之间的关系以及（c）循环稳定性能。