钠离子电池正极材料的研究进展

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1、文章编号二钠离子电池正极材料的研究进展杨绍斌凳伟♦就T豪晓亮芽思南峰豪阳』小闻辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新摘要二钠离子电池与锂离子电池相比與有钠资源储量丰富枷格低廉等优点玻认为是发展新能源、实现规模化储能极具潜力的二次电池。近年來钠离子电池成为人们研究的热点寸日关报道也在逐年增加。综述了钠离子电池正极材料发展中典世化合物」m过渡金属氧化物、聚阴离子化合物等的研究进展驳及日前人们主要采用的纳米化逾覆寸参杂等几种有效的改性手段M对正极材料未来的研究方向以及发展前景提出了展望。尖键词二钠离子电池証极材料总渡金属氧化物載阴离子

2、化合物中图分类号二文献标识码二二/引言一直以来化石燃料都是主要的能源渠道然而随着不可再生的化石燃料的日益枯竭能源问题也越来越突出大力发展新能源实现可持续发展是解决这一问题的根本途径新能源包括太阳能水力风力生物质能波浪能潮汐能海洋温差能等然而大部分新能源都存在间断性和随机性难以有效利用开发高效便捷的储能技术对于改变能源结构发展新能源至矣重要二次电池能够反复充放电效率高环境适应性强具有更好的经济实用性成为储能研究的主要方向锂离子电池由于具有高电压和高能量密度而受到广泛欢迎自年索尼公司推出商业化的锂离子电池以来锂离子电池已经遍及了我们生活中的各个角落然而地球上锂资源很少

3、加上锂离子电池的广泛应用锂资源更加短缺不适于大规模能量储存因此以储量丰富价格低廉钠的基本原材料天然碱大约比锂的原材料碳酸锂便宜倍的钠为基础原料的钠离子电池受到了人们的广泛矣注钠离子电池更适用于大规模电网储能设备以及电动汽车用储能电池近年来计算研究表明钠离子电池完全能够与锂离子电池竞争钠与锂属于同族元素其半电池电势较锂离子高具有更加稳定的电化学性能使用更加安全目前钠离子电池的研究还处于初级阶段是人们研究的热点相尖报道也在逐年增加本文综述了近年来钠离子电池正极材料发展中取得的重要成果正极材料正极材料的选取原则与锂离子电池相似钠离子电池工作原理也是靠钠离子的浓度差实现的

4、正负极由不同的化合物组成充电时钠离子从正极脱出经过电解液嵌入负极负极处于富钠态正极处于贫钠态同时电子经外电路供给到负极作为补偿以保证正负极电荷平衡放电时则相反钠离子电池正极材料一般为嵌入化合物作为钠离子电池尖键材料正极材料的选取原则如下具有较高的比容量较高的氧化还原电位这样电池的输出电压才会高良好的结构稳定性和电化学稳定性在嵌入和脱嵌过程中钠的嵌入和脱嵌应可逆并且主体结构没有或很少发生改变嵌入化合物应有良好的电子导电率和离子导电率以减少极化方便大电流充放电具有制备工艺简单资源丰富以及环境友好等特点过渡金属氧化物层状的过渡金属氧化物为过渡金属作为锂离子电池的正极材料

5、已经得到广泛深入的研究受到锂离子电池的研究启发与结构相似的X材料成为最早研究的一类钠离子电池正极材料其中的氧化物和的氧化物研究得最多X在X正极材料中X的研究最早它一般为n和n相结构形式存在指的是位于与氧配位的八面体结构中是指位于能够和氧配位构成三棱柱结构中n指的是过渡金属堆垛的重复周期数钠离子分布在层之间或结构的空隙中年等的研究证明x作为钠离子电池的正极材料是可行的他们发现x一般以基金项目堀家自然科学基金资助项目收到初稿日期二收到修改稿日期二通讯作者筋绍斌作者简介扬绍斌男辽宁阜新人教授博士生导师主要从事电化学储能材料硏究和相结构但相结构中形式存在如图所示虽然相结构

6、在充放电过程中初始容量稍高于相结构的稳定性最好其机理是在主要位于的三棱柱空隙中具有更人的相结层间距更有利于的嵌入和脱出构向其它相结构转变时需要断开高温下才可能发生同时键只有在因此相对其它相结构更为稳定在结构中以能量密度最高约为的制备过程如下将与按合适的比例充分球丿磬混合再于氧气氛或空气氛中加热至左右维持约所得产物球磨至粒径最终产物为的材料X能X状结构当X单斜的结构系在x相变发仝非常困难BAooABBA(a)P2-NaxCoO2CBBAoNa♦Co/Mn/V不同的晶体结构是一种研究较多的氧化物正极有多种晶体形态结构和物理性时为三围隧道结构X时低温下形成的为高温形成的

7、为氧化物正极材料中ACABBABA时为层为为正交晶于具有高的比容量和循环稳定性而被广泛研究属于正交晶系结构非常复杂在一个晶胞单元中有种不同位置的猛离子分别处于两种不处于的八处于四方锥离位于大的型隧有大量的隧道空隙能够承受在结同环境所有的面体离子位賈另一半的子位賈如图所示由于道中离子位于小隧道中适合钠离子脱嵌并且和一半的构变形中的一些应力这使得材料结构稳定以此在钠离子脫嵌过程中具有较高的容量和较好的循环稳定性能年等首次研究X的钠离子电池的正极材料可逆容量可达等通过聚合物热解法合成了一种新的单晶纳米线在倍率下循环次比容量达到其它过渡金屈氧化物及其掺杂x也是研究较多的负

8、极材料等认