非锂离子（Na/K/Mg/Ca/Zn/Al-ion）电池（NLIBs）凭借其在资源和生产成本方面的巨大优势，在大规模储能技术中作为锂离子电池的替代或补充技术已成为人们关注的焦点。在过去的几年里，人们通过新的正极材料或优化现有的正极材料来开发各种用于NLIBs的高性能正极材料。作为突破固有晶格瓶颈的一种有效的优化策略，晶体缺陷调节引起了人们的广泛关注，并已应用于大量正极材料中。正极材料中合适的晶体缺陷可以增强电化学反应性，电子电导率，离子扩散率和结构稳定性，从而提高电池的容量，倍率性能和循环稳定性。

有鉴于此，武汉理工大学麦立强教授，安琴友副研究员阐明了不同缺陷对电化学性能的积极作用和工作机理，总结了NLIBs正极材料上晶体缺陷调节的典型和最新研究进展，并为开发有效的晶体缺陷调制提供了未来的方向。

文章要点

1）从热力学第二定律来看，自然界中不存在“理想的晶体”，因此，晶体缺陷必不可少。事实上，晶体缺陷会直接影响固态材料的化学和物理性能。对于金属离子电池正极材料来说，晶体缺陷可以通过改变热力学和动力学来影响其电化学行为。作者总结了晶体缺陷在NLIBs正极材料中的主要作用相关的基本机制。

2）作者综述了NLIBs正极材料中阳离子取代和阴离子取代的最新研究进展，并阐明了其改善电化学性能的积极作用和机理。随后，对用于NLIBs的阳离子预嵌插正极材料的最新研究进展进行综述，并总结了各种间隙阳离子对提高电化学性能的作用。

3）空位的形成会影响正极材料的局域结构和电荷分布，对正极材料的电化学性能有重要的影响，根据相应晶格上缺失离子的种类，空位缺陷可分为阴离子空位和阳离子空位。作者总结了有关NLIBs正极材料中空位缺陷的最新研究进展。

4）阳离子无序通常受替代杂质的影响，但它是一种不同于替代杂质的晶体缺陷。根据涉及的阳离子种类，阳离子无序可分为A/TM无序和TM/TM无序（A=碱金属或碱土金属，TM=过渡金属）。

5）充放电过程中电极材料的结构破坏（非晶化）被认为是容量衰减的重要原因之一。有序结构崩溃后，有序原子排列提供的离子储存位点可能失去作用。有趣的是，一些特殊的非晶态材料可以为离子存储提供无序的骨架，甚至表现出比它们的晶体类别更好的电化学性能。作者总结了这些特殊的非晶态电极材料，并探讨了这些意外特性的起源。

参考文献

F. Xiong et al., Crystal defect modulation in cathode materials for non-lithium ion batteries: Progress and challenges, Materials Today, (2021)

DOI: 10.1016/j.mattod.2020.12.002

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.12.002