对“更多能源和更少碳”的需求是人类面临的最重要的挑战之一。探索更高效的可再生能源系统，以及先进的能源转换和储存材料是实现这一任务的必要条件。自从碱离子可充电电池出现以来，阴极材料的发展一直被认为是提高电池整体性能的关键因素。了解影响阴极材料性质和性能的因素的基础科学以及如何改善性质和性能的研究已经取得了显著的进展。

有鉴于此，韩国成均馆大学Won-Sub Yoon和劳伦斯伯克利国家实验室的Haegyeom Kim等人，从各种碱-离子过渡金属化合物的角度，对影响阴极材料性质和性能的关键因素进行了综述。它涵盖了从原子层次到微观层次的广泛因素，如:原子、电子、晶体和粒子结构。

该工作通过比较和整理材料之间的共性和差异，提供材料的内在控制因素。

本文要点

1）首先从碱离子、过渡金属离子和阴离子的角度讨论了这些因素。在此之后，讨论了影响晶体结构、离子通道、无序、相变等诸多因素以及上述变化所带来的各种结果。最后，对从晶体学到微观尺度所对应的各种因素，如表面、晶界、粒径、形貌等进行讨论。

2）得益于碱离子可充电电池的先驱，能源消费模式已经发生了实质性的变化，对更多能源和更少碳的需求导致了节能环保技术的进步。从能源、动力、安全、寿命、成本这五个要求来看，阴极是可充电电池最重要的部分。合成和分析技术的进步使人们能够更全面地了解阴极材料的性质和性能。从纳米级到微米级的各种方法提供的基本理解有助于缩小工业和学术研究领域之间的差距，以改进最新的阴极材料并使其商业化。

3）这些因素在各自的层次上不是独立的，而是相互密切联系的。例如，组成元素不仅决定了阴极材料的氧化还原电势和可用电子数，而且根据晶体结构中的电子结构和原子构型影响离子通道和结构无序，循环过程中不希望有的相变会通过形成裂纹甚至颗粒之间失去接触而导致电化学性能下降。除了对可再生能源在全球能源系统中迅速增长的预期外，电动汽车的巨大市场潜力也在鼓励储能技术在可预见的未来共同取得共同发展。

参考文献：

Wontae Lee et al. Multiscale factors in designing alkali-ion (Li, Na, and K) transition metal inorganic compounds for next-generation rechargeable batteries. Energy Environ. Sci., 2020.

DOI: 10.1039/D0EE01277G

https://doi.org/10.1039/D0EE01277G