上海交通大学马紫峰教授最新EER综述｜钠离子电池固态电解质最新研究进展
01 关于这篇文章
文章题目：
Research Progress on the Solid Electrolyte of Solid-State Sodium-Ion Batteries
作者：
Shuzhi Zhao1, Haiying Che2*, Suli Chen3, Haixiang Tao2, Jianping Liao2, Xiao-Zhen Liao1, Zi-Feng Ma1,4*
作者单位：
1School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, China
2Zhejiang Natrium Energy Co., Ltd., China
3School of Chemical and Materials Engineering, Jiangnan University, China
4Shaoxing Research Institute of Renewable Energy and Molecular Engineering Shanghai Jiao Tong University, China
引用信息：
Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 3.
DOI：
https://doi.org/10.1007/s41918-023-00196-4
全文链接：
https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-023-00196-4.pdf
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02 图文摘要
03 目录简介
04 综述亮点
1. 全面综述了近年来钠离子电池固态电解质的进展，并首次纳入了塑晶电解质。
2. 深入阐述了不同类型固态电解质失效及改进方案的机理。
3. 详细总结了目前钠离子电池各种固态电解质面临的技术挑战，并展望了未来的研究方向。
05 图文导读
1 前言
近年来，由于化石燃料的众所周知的局限性，可再生能源问题备受关注。因此，开发绿色能源，特别是电能，以取代传统能源势在必行。然而，当前的可再生能源发电，如太阳能发电、风能发电等，因其输出不稳定，必须先进行储能才可以使用。当前，较为出色的储能装置如质子交换膜燃料电池（PEMFC）和锂离子电池（LIBs）因其良好的电化学性能和可回收性，目前在电动汽车（EVs）和能源储存系统（ESSs）等领域占据着主导地位。然而，这些系统存在着稀有金属资源短缺、高成本以及安全性的问题，使得它们不适用于作为电网储能系统。目前，人们认为钠离子电池（SIBs）是最有前途的替代方案之一，因为钠资源丰富、生产成本低，并且具有与锂离子电池类似的充放电原理。虽然从理论上讲，SIBs的能量密度较LIBs低，因为钠的相对原子质量要高得多，但在诸如大规模储能装置等情况下，主体需求是安全性和成本，因此SIBs具有很大的应用前景。另外，由于液态电解液含有大量的易燃易挥发有毒有机溶剂，存在很大安全隐患。因此，固态电解质在SIBs的应用场景中具有更高契合度，因其不仅具有较高的安全性，还可以提升SIBs的能量密度，弥补其能量密度较低的不足之处。
本综述讨论了近年来应用于SIBs的固态电解质的进展，包括无机固态电解质如Na-β-Al2O3、NASICON和Na3PS4，基于PEO、PVDF-HFP和PAN的聚合物电解质，以及主要由丁二腈组成的塑晶固态电解质（图1）。此外，本文还讨论了当前各类固态电解质存在的显著缺陷，例如低离子导电率、窄的电化学稳定窗口和与电极的不良接触，并提出了相应解决方案和未来钠离子电池固态电解质的发展方向。
图1 钠离子电池无机/有机固态电解质的优劣势
2 无机固态电解质
无机固态电解质具有不易燃、化学稳定和机械强度高等优点。Famprikis等人的早期研究表明，无机固态电解质的离子扩散机制可分为四类：空位迁移、间隙迁移、相关迁移和协同扩散。研究发现，钠离子扩散与材料的活化能和空位缺陷的数量密切相关，这表明离子掺杂可以增强其离子导电性。Lacivita等人通过密度泛函理论（DFT）计算研究了不同无机固态电解质的一般电化学窗口。如图2所示，当化合物具有较低的还原极限，或较高的氧化极限，表明它们具有更强的正负极稳定性，并能与各种正极材料进行循环，或与钠单质之间稳定性更高。图中还展示了各种无机固态电解质可能产生的氧化和还原反应。
图2 各种钠离子电池无机固态电解质的计算氧化还原窗口
一般而言，无机固态电解质可以按照阴离子或阴离子组进行分类，即氧化物基固态电解质、硫化物基固态电解质和其他无机固态电解质。
2.1 氧化物固态电解质
2.1.1 Na-β-Al2O3
Na-β-Al2O3固态电解质最早由Yung Fang等人于1967年发现并报道。其钠离子的扩散系数在593 K时可达到1 × 10−5 cm2 s−1，在室温下为4.0 × 10−7 cm2 s−1，表明在高温下具有高离子导电性和热稳定性。目前已经开发出利用钠作为负极和Na-β-Al2O3作为固态电解质的商业化电池系统。其中一个众所周知的示例是钠硫电池，它通常在350 ℃的温度下运行。当前，低温下Na单质与Na-β-Al2O3电解质的界面处很容易形成枝晶。Spencer等人利用三电极和层析成像的研究方法深入探讨了Na单质与Na-β-Al2O3电解质的界面失效过程。如图3所示，钠剥离沉积过程中形成的空位导致了枝晶的引发与成型。
图3 Na单质与Na-β-Al2O3电解质的界面失效过程。（Copyright © 2020, American Chemical Society）
除此以外，低温下的钠硫电池还面临着固态多硫化物的形成问题，其从动力学上阻碍了电化学反应。因此研究人员同时针对多硫化物和钠枝晶问题改性Na-β-Al2O3电解质表面。比如Wang等人通过在表面添加少量离子液体电解质Na[OTf]-Cs[TFSA]，使多硫化物可以溶解并改善了Na单质-Na-β-Al2O3电解质界面，使钠硫电池在较低的温度下（150 ℃）稳定循环1 000圈，并保持接近100%的库伦效率。
2.1.2 Na超离子导体（NASICON）
NASICON与Na-β-Al2O3固态电解质不同，因为NASICON具有用于钠离子传输的三维通道，而Na-β-Al2O3固态电解质只能在平面内传输钠离子，因其是层状结构。NASICON最早是由Goodenough和Hong于1976年发现，其组成为Na1+xZr2SixP3−xO12（0 < x < 3）（NZSP）。
离子掺杂仍然是有效的提升离子电导率的方法。如Sun等人通过掺入Sc元素，使其室温离子电导率由6.7 × 10−4 S cm−1提升至1.9 × 10−3 S cm−1；Zhang等人通过掺入La元素，同样提升其室温离子电导率至3.4 × 10−3 S cm−1。
由于通常情况下氧化物无机固态电解质具有较高的硬度，因此其刚性表面与电极材料之间的固-固接触较差，往往具有较大的阻抗。比较简单的降低阻抗的方法为加入微量电解液或离子液体，在不显著降低安全性的情况下对于界面接触具有明显改善作用。因此我们认为，发展无机固态电解质稳定的且成本较低的电解液或离子液体有望加速氧化物固态电解质的大规模应用。
2.2 硫化物固态电解质
2.2.1 Na3PS4
Na3PS4固态电解质首次于1992年被成功合成，其晶型为四方晶型，室温下离子电导率较低，只有4.17 × 10−6 S cm−1。直到2012年，立方晶型的Na3PS4固态电解质才被Hayashi等人成功合成，室温下离子电导率达到了2.3 × 10−4 S cm−1，展现出其应用前景。
研究人员仍然采用离子掺杂的方法进一步提升其室温离子电导率。比如Moon等人通过Ca掺杂，使其离子电导率达到了1.0 × 10−3 S cm−1；Feng等人通过Cl离子掺杂，使其离子电导率达到1.96 × 10−3 S cm−1。不仅如此，研究人员还发现离子掺杂可以提升Na3PS4固态电解质较窄的电化学窗口，比如通过Ca掺杂提升了Na3PS4固态电解质对于Na单质的稳定性；通过Cl离子掺杂甚至使其电化学窗口达到了0~10 V（vs. Na/Na+）。尽管如此，在电池循环过程中，仍然有一些界面副反应发生，导致界面阻抗的升高，这其中的界面副反应以及如何保护Na3PS4固态电解质的界面，仍然值得探寻。
尽管Na3PS4固态电解质表现出了良好的离子电导率和加工性，其较窄的电化学窗口和易潮解的性质目前阻碍了Na3PS4固态电解质的大规模应用。我们认为，这些问题有望通过表面改性、包覆等方式进行解决。
2.2.2 Na3SbS4
Na3SbS4固态电解质与Na3PS4固态电解质具有相似的晶体结构，不同之处在于四方相的Na3SbS4同样具有较高的离子电导率。可能的原因在于Sb较大的半径扩大了Na离子移动路径，使其移动性增加。
尽管Na3SbS4固态电解质室温下离子电导率已经很高，并且其具有一定的空气稳定性（潮解后形成致密保护层），其负极钠稳定性依然较差，可以与钠反应生成Na2S和Na3Sb。Na3Sb具有导电性，会进一步促进内层物质的反应。Tian等人通过DFT计算与实验相结合，验证了表面潮解的Na3SbS4固态电解质（Na3SbS4·8H2O）与Na反应生产的NaH与Na2O可以阻止Na3SbS4的进一步分解，如图4所示。
图4 a 普通Na3SbS4电解质与表面潮解Na3SbS4电解质的钠对称电池循环对比；b Na3SbS4/Na界面物质的同步辐射X射线衍射（SXRD）图谱；c 表面潮解Na3SbS4电解质对于其内部保护的机理示意图。（Copyright © 2019, Elsevier）
2.3 其他无机固态电解质
其他钠离子电池无机固态电解质包括如Na(BH4)x(NH2)1−x、NaI、NaCB9H10、Na3OBH4等，均具有一定的研究价值。其中复合氢硼酸盐固态电解质具有离子电导率高、电化学稳定窗口宽、柔韧性好、密度低等独特的物理化学性质。研究人员将具有高电化学窗口的B20H182−阴离子簇与具有高离子电导率的B12H122−相结合，制备出了具有0.976钠离子迁移数、4.8 V电化学稳定窗口的固态电解质Na2B20H18-4Na2B12H12。其在室温下可以通过钠对称电池在0.1 mA cm−2的电流密度下稳定循环100 h以上，如图5所示。目前硼氢化物固态电解质的研究仍较少，原因在于其合成难度较高，因此我们认为未来可以发展其简易的合成路线。
图5 a Na对称电池在10 mV极化电压下的电流-时间图（插图为极化前后的交流阻抗图）；b 电解质的线性伏安扫描曲线；c 多种硼氢簇固态电解质的室温下离子电导率和电化学窗口的总结；d 通过Na对称电池测量电解质临界电流密度；e Na对称电池在0.1 mA cm−2的电流密度下的恒流充放电循环测试。（Copyright © 2022, Royal Society of Chemistry）
常见的钠离子电池无机固态电解质的离子电导率总结如图6所示。我们可以看出，无机固态电解质的室温离子电导率较高，因此奠定了良好的电化学性能及其应用基础。
图6 常见的钠离子电池无机固态电解质的离子电导率
3 有机固态电解质
3.1 聚合物固态电解质
钠离子电池的聚合物固态电解质通常由聚合物基质及钠盐组成。钠盐溶解在聚合物基质中，钠离子通过聚合物柔性链段运动传播。通常情况下，与无机固态电解质不同的是，聚合物固态电解质具有良好的灵活性、加工性；但通常其室温离子电导率比较低（< 10−6 S cm−1）。
3.1.1 聚环氧乙烷（PEO）基固态电解质
PEO基固态电解质通常情况下是通过添加无机填料或塑化剂降低结晶度，提升离子电导率。比如Chen等人探究了以PEO为基质，NaClO4为钠盐，N-甲基-N-丙基吡咯烷二（氟磺酰亚胺）离子液体（Pyr13FSI）为添加剂的固态电解质，其室温下离子电导率最高达6.8 × 10−5 S cm−1，同时线性扫描伏安法（LSV）测试表面电化学窗口由3.7 V增加到约4.4 V。在60 ℃下组装磷酸钒钠-钠电池发现，加入离子液体后倍率性能和循环稳定性均有较大的提升。
3.1.2 聚偏二氟乙烯（PVDF）基固态电解质
PVDF被认为是一种具有出色物理和化学性质的聚合物材料，并且已经完成了商业化。针对PVDF基固态电解质的缺陷（低室温离子电导率和表面坚硬），研究人员提出了混合固态电解质的解决方案，通过加入少量电解液实现离子电导率的提升以及界面接触的改善。比如Bristi等人首先使用PVDF/PVP/SiO2/NaPF6合成了固态电解质，其室温下离子电导率达到了1.0 × 10−3 S cm−1。他们在组装电池时在电极与PVDF电解质之间滴加20 μL的1 mol L−1 NaClO4电解液以减少界面阻抗，使对称电池可以在8 mA cm−2的电流密度下稳定循环800 h以上。除此以外，Bag等人通过将PVDF/NaCF3SO3溶液与二氧化硅纳米颗粒球磨后溶液浇筑的方法合成了固态电解质。同样的，他们在电解质与电极间加入5 μL的电解液以降低界面阻抗，获得了较好的电化学性能。
除无机填料、有机塑化剂等非活性物质外，添加具有钠离子导体性质的无机固态电解质，形成复合固态电解质是当前组合无机有机固态电解质各自优点的一大良方。Fang等人通过在PVDF/NaPF6中添加Na-β-Al2O3颗粒，形成了仅有20 μm厚的复合电解质。其在室温下的离子电导率最高可达0.19 mS cm−1，称为ULSPL-35SBACE。通过对称电池测试发现UTSPL-35SBACE膜显示出0.91的高钠离子转移数，表明UTSPL-35SBACE膜中有游离钠离子。将该电解质与六氰合铁酸锰钾正极材料组装电池，实现了在0.5 C电流密度下以99.5%的容量保持率循环100圈，如图7所示。
图7 a UTSPL-xSBACE膜结构示意图；b 不同膜在室温下的离子导电性；c 膜的钠离子迁移数测试；d–f 分别应用UT-35SBACE、UT-35ACE和UTSPL-35SBACE的钠对称电池的循环性能；g–j 分别为应用UT-35SBACE和UTSPL-35SBACE的Na//KMHCF@CNTs/CNFs电池：Nyquist交流阻抗图、从0.5 C到5 C的倍率充放电曲线、1 C下的充放电循环性能及0.5 C到5 C的倍率循环性能。（Copyright © 2022, John Wiley and Sons）
3.1.3 其他固态聚合物电解质
纤维素及其衍生物在自然界中广泛分布并可简易合成，具有十分明显的取材和成本优势。Shetty等人报道了以羧甲基纤维素钠（CMC-Na）和聚乙烯醇（PVA）作为聚合物基质，NaBr作为钠盐合成了多孔聚合物固态电解质。当NaBr质量百分数为20%时，具有高达6.0 × 10−3 S cm−1的离子电导率。此外，Cyriac等人同样报道了CMC-Na和PVA作为混合基质与NaNO3合成固态电解质。他们提出了PVA的羟基基团与CMC-Na的羰基氧形成了大量的氢键，降低了聚合物结晶度。除此以外，NO3−阴离子被氢键所束缚，解放了钠离子进行传递，获得了较高的离子电导率。
3.2 聚合物凝胶电解质
聚合物凝胶电解质（GPE）也是近年来研究的热点之一，钠离子电池的GPE由基体聚合物、钠盐和液体溶剂组成。因此GPE可视为固态电解质和液态电解质的居间态。早在1975年，Feuillde 等人就开始了锂盐 GPE 的研究。通常，GPE是通过将合成的固态电解质浸入含有金属盐的液态电解质中来制备的。总体而言，GPE的电化学性能优于聚合物固态电解质，包括离子电导率及界面接触。但是，GPE为了提高性能，牺牲了一部分安全性。
3.2.1 PEO基凝胶电解质
与聚合物固态电解质类似，PEO作为聚合物凝胶电解质已被大量研究。如Yu 等人通过PEGDE和DPPO合成了一种凝胶电解质，其聚合物链由大量的PEO链和PPO链组成。将此GPE与玻璃纤维（GF，用于增强机械强度）组合后，测得室温下离子电导率可达2.18 × 10−3 S cm−1，电化学稳定窗口达4.8 V（vs. Na/Na+），且具有良好的电化学性能，如图8所示。
图8 a GPE、LE的离子电导率-温度曲线；b GF-GPE和GF-LE的LSV曲线；c NVP|GF-LE|Na和NVP|GF-GPE|Na电池从0.1 C到5 C的倍率性能；d 首圈循环的充放电曲线；e 25 ℃和 h 60 ℃的恒流充放电循环测试；f, g 电池循环不同圈数后的Nyquist交流阻抗图；i 不同电解质的Na对称电池循环性能。（Copyright © 2021, American Chemical Society）
3.2.2 聚（偏二氟乙烯- co -六氟丙烯）（PVDF-HFP）基凝胶电解质
PVDF-HFP被认为是比PVDF更适合于GPE的聚合物，因其具有更高的介电常数，更良好的光滑性和柔韧性；并且HFP共聚聚合物的加入使PVDF-HFP具有更高的无定形区占比，因此具有更高的离子电导率。Kwon等人将聚乙二醇甲醚硫醇（PEG-SH）和PVDF-HFP组合制备了多孔GPE（称为PVH-PEG）。使用这种新型多孔GPE作为电解质，其钠对称电池可以稳定循环超过2 000 h，远超过同样电流密度下使用玻璃纤维、Celgard薄膜及电解液的对称电池。与层状氧化物正极材料组装电池后，同样展现出优秀的循环稳定性，如图9所示。
图9 a, e PVH-PEG的合成图示及反应式；b–d 分别为上表面、横截面、底表面的SEM图像；f 使用玻璃纤维、Celgard隔膜、PVH及PVH-PEG GPE的钠对称电池循环曲线图；g, i Na|PVH-PEG|NaNFCM电池与应用玻璃纤维或Celgard的电池相比较的恒流充放电循环曲线及倍率性能曲线；h 180圈循环后使用不同隔膜或电解质的Na表面SEM图像。（Copyright © 2022, American Chemical Society）
3.2.3 聚丙烯腈（PAN）基凝胶电解质
以PAN作为基质的GPE在1975年首次被制备出，因PAN链上还有大量的–CN极性基团，对于促进盐的解离有很大的作用。Zhang等人利用PAN作为基质，制备了Na-Zn双离子水系凝胶电解质，与锌金属和Na4Mn9O18正极材料组成电池，1 C循环200圈仍具有64 mAh g−1的比容量。Lonchakova等人利用PAN的衍生物PAN-co-PMA〔聚（丙烯腈-co-丙烯酸甲酯）〕作为基质，分别添加了NaClO4和NaPF6的PC溶液制备了GPE，在室温下有1. 8 × 10−3 S cm−1和4.5 V的电化学窗口。
3.2.4 其他聚合物凝胶电解质
Nafion膜常常用于PEMFC电池作为氢离子交换膜，而Simari等人制备了一种预钠化的Nafion膜，在20 ℃条件下具有0.5 mS cm−1的离子电导率，钠离子迁移数高达0.82。除了常见的用于电解质的几种聚合物外，当前使用液态聚合物单体溶解电解质盐形成电解液，通过原位聚合的方式原位固化成为了一种新的消除界面阻抗的途径。Zhou等人报道了一种具有3D离子通道的原位聚合的GPE。他们采用了乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）作为聚合物单体，与电解液混合后组装电池，通过在高温下引发自由基聚合的方式固化。TMPTA基GPE在室温下具有约48 × 10−4 S cm−1的离子电导率和4.7 V的电化学窗口。将此GPE与Na2/3Ni1/3Mn1/3Ti1/3O2（NMT）组装成电池后发现其循环稳定性和倍率性能均较为优秀，如图10所示。
图10 a GPE和原位固化的电池微观结构的示意图；b GPE的离子电导率与温度关系图；c GPE的电化学窗口LSV测试曲线；d 不同正极负载量在1 C时的Na|GPE|NMT电池的循环性能；e LE和GPE电解质与钠负极界面的比较；f 室温下Na|GPE|NMT电池的倍率性能。（Copyright © 2022, John Wiley and Sons）
同样的，纤维素及其衍生物在GPE的应用中也占有一席之地。Mittal等人利用纤维素纳米纤维（CNFs）和纤维素纳米颗粒（CNCs）与NaClO4的EC/PC电解液组合构筑了新型CNF/CNC GPE。其室温下离子电导率可达2.23 mS cm−1，并且电化学窗口达到了4.8 V，钠离子迁移数高达0.86。经过探讨，他们认为在CNF/CNC GPE中，钠离子通过CNF与CNC链上或链间的氧原子传递。
3.3 塑晶固态电解质
塑晶固态电解质是一种新型的快速导离子的有机固态电解质，通常情况下由一种极性塑晶材料和电解质盐组成。最典型的钠离子电池塑晶电解质由Zhu等人于2015年合成，由NaClO4与丁二腈（SCN）组成，其室温离子电导率达到了1 × 10−3 S cm−1。由于塑晶电解质通常情况下较软，无法满足电池对于固态电解质机械性能的要求，因此通常情况下会加入聚合物共混或在多孔聚合物骨架上制备。如Chen等人将含B元素的聚合物单体与NaClO4/SCN塑晶电解质混合，在聚丙烯-纤维素复合无纺布上紫外光固化，形成了一种复合塑晶电解质。因为B元素具有Lewis酸效应，会吸引ClO4−阴离子阻碍其运动，因此该电解质具有较高的钠离子迁移数为0.62，且具有较高的室温离子电导率3.6 × 10−4 S cm−1。
除了丁二腈，还有一些有机离子塑晶（OIPC）吸引了研究人员的注意。如Biernacka等人合成了一种新型的有机离子塑晶六甲基胍鎓双氟磺酰亚胺盐（[HMG][FSI]）。将摩尔百分比为2%的NaFSI溶解于[HMG][FSI]中，得到了室温条件下具有2.1 × 10–4 S cm−1的塑晶固态电解质。
常见的钠离子电池有机固态电解质的离子电导率关于温度的曲线总结如图11所示。我们认为，当前聚合物固态电解质离子电导率较低，作为材料得以应用的硬性指标需要提高。当前需发展新的离子传导模型进行材料发掘指导；同时应注意材料与电极之间的界面稳定性。
图11 常见有机固态电解质的离子电导率-温度曲线
06 结论与展望
总体而言，随着锂离子电池的大规模应用，对锂的消耗和对降低成本的趋势促使了下一代电池的研究。由于储量丰富、原材料价格低廉、分布广泛、铝集流体应用广泛，钠离子电池被认为是最有前途的下一代电池。针对液体电解质易燃、易挥发、有毒等缺陷，固态电解质提高了钠离子电池的能量密度，提升了安全性。近年来，钠离子电池在无机固体电解质和有机固态电解质方面都取得了巨大进展。室温下，无机固态电解质的离子电导率相比其原始数据有所提高，在某些情况下甚至赶上了液态电解质的离子电导率。无机固态电解质的主要缺点是界面电阻高，需要研究人员研发一种方便、低成本且不破坏其安全性和稳定性的方法来解决。虽然聚合物固态电解质的室温离子电导率尚不能满足商业应用的要求，但其性能可以通过改性、添加剂、共聚甚至复合得到比无机固态电解质更大的改善。膜技术、合成技术等不同的技术路线可以对有机固态电解质的增强起到启发作用。此外，聚合物的优点是柔韧性，这表明它更容易在电解质和电极之间形成较高的有效接触面积。与液态电解质相比，钠离子电池的固态电解质的发展尚处于一个萌芽时期（图12）。
图12 钠离子电池固态电解质的发展路线
因此，我们认为，未来建立一个钠离子电池的固态电解质检测方法和标准是必要的。在测量离子电导率及电化学窗口时，不同的材质或参数设置都会对结果产生影响。另外，开发新的表征和计算方法，有助于观测和理解固态电解质特有的离子传输机理以及和电极之间的接触和反应机理。缩短现有电解质的特性与高室温离子电导率、高电化学稳定窗口、良好的界面接触性和高安全性要求之间的差距是研究人员今后研究的方向。
07 主要作者简介
赵庶植 (第一作者)，在上海交通大学和墨尔本大学分别获得理学学士和理学硕士学位，现师从马紫峰教授，在上海交通大学化学化工学院攻读博士学位。研究方向：钠离子电池用高比能低成本聚合物固态电解质。
车海英博士（通信作者），现任浙江钠创新能源有限公司董事长。2019年获上海交通大学工学博士学位，长期从事钠离子电池电解质研发与产业化，根据电解质类型特征，率先在Energy & Environmental Science发表钠离子电池技术路线图。主持了国家自然科学青年基金、浙江省重点研发计划和国家自然科学重点基金子课题。入选2021年度张江杰出创新创业人才。发表论文20余篇，申请相专利30余项，美国专利3项。研究方向：钠离子电池电解质优化设计及工程化。
马紫峰博士（通信作者），现为上海交通大学化学化工学院讲席教授、上海交通大学绍兴新能源与分子工程研究院院长、上海电化学能源器件工程技术研究中心主任。2007年和2013年两次入选国家973计划首席科学家。作为第一完成人获国家科学技术进步二等奖1项，教育部科技进步一等奖和中国石油与化学工业联合会技术发明一等奖各1项。2018年，马教授创办钠创新能源聚焦钠离子电池产业化。他获得中国化工学会会士、侯德榜化工科技创新奖、国际车用锂电池协会（IALB）杰出研究奖、2019年国际储能年度人物奖。马教授申请专利120余项，获得授权发明专利60余项，发表论文360余篇。
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原稿：作者提供
编辑：全海芹
初审：全海芹、陈昕伊
复审：何晓燕
终审：孙书会、李喜飞、徐海丽
