浅谈钠离子电池电极材料研究进展

1、LOGO浅谈钠离子电池电极材料研究进展浅谈钠离子电池电极材料研究进展Contents研究背景研究背景正极材料正极材料负极材料负极材料国外电池材料发展国外电池材料发展结论与展望结论与展望研究背景研究背景v先进的储能系统都普遍采用锂离子电池先进的储能系统都普遍采用锂离子电池技术，锂离子电池是发展前景最为明朗技术，锂离子电池是发展前景最为明朗的高能电池体系的高能电池体系 v锂锂资源必将面临资源必将面临短缺短缺问题，锂元素昂贵问题，锂元素昂贵且地壳中含量少且地壳中含量少v迫切需要开发迫切需要开发新型新型的长寿命储能器件的长寿命储能器件v钠钠离子电池在离子电池在一定程度一定程度上可缓和因锂资上可缓和因锂

2、资源短缺引发的电池发展受限问题源短缺引发的电池发展受限问题钠离子电池钠离子电池与锂离子电池相比的突出与锂离子电池相比的突出优势优势：原料资源丰富易得，成本低原料资源丰富易得，成本低廉，分布广泛廉，分布广泛能利用分解电势更低的电解能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐，电解质质溶剂及电解质盐，电解质的选择范围更宽的选择范围更宽钠电池有相对稳定的电化学钠电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全性能，使用更加安全钠离子电池钠离子电池优势优势12 3正极材料正极材料Identity碳包覆碳包覆层状过渡金属氧化物，因其具有可逆的离子脱层状过渡金属氧化物，因其具有可逆的离子脱嵌能力，被广泛用于二次电池电

3、极材料。嵌能力，被广泛用于二次电池电极材料。1、减少了电解液与活性材料的副反应、减少了电解液与活性材料的副反应Creatiity1、层状、层状NaxMO2(MCo, Ni, Fe, Mn, V等等)正极材料正极材料 2、加强了电极的电子电导率而减小了电极的、加强了电极的电子电导率而减小了电极的极化极化2、聚阴离子型正极材料选择及发展、聚阴离子型正极材料选择及发展J.B.Goodenough等合成了具有等合成了具有三维骨架结构三维骨架结构的的Na+导体导体Na3Zr2Si2PO12，称为，称为Nasicon2.1 Nasicon型型Li3V2(PO4)32.2钒基碱金属氟磷酸钒基碱金属氟磷酸v含

4、氟钒基类聚阴离子化合物，如含氟钒基类聚阴离子化合物，如NaVPO4F、Na3V2(PO4)2F3和和Na1.5VO4PO4F0.5等等Description of the contents(a) 3D网状结构网状结构(b) “之之”字形链结构字形链结构(c)不对称的结构不对称的结构2.3 橄榄石型磷酸铁钠橄榄石型磷酸铁钠1、橄榄石橄榄石Olivine型型；2、磷铁钠矿磷铁钠矿Maricite型型1、层状金属氧化物层状金属氧化物作为钠离子电池正极材料，普遍具有作为钠离子电池正极材料，普遍具有较高的容量和电压较高的容量和电压（由于较大的层间距，在某些材料中（由于较大的层间距，在某些材料中Na+的迁

5、移速度比的迁移速度比Li+要快）要快）NaFePO4小结小结2、Nasicon材料材料有一定的有一定的高电压高电压，结构热稳定性好结构热稳定性好，可通过，可通过碳包覆碳包覆掺杂提掺杂提高容量高容量和和倍率性能倍率性能，具有产业化的前景，具有产业化的前景; 3、橄榄石结构橄榄石结构的理论容量高，需要解决的理论容量高，需要解决循环稳定性循环稳定性的问题；的问题；阴极材料阴极材料 钠离子脱钠离子脱嵌嵌问题问题1、碳基材料碳基材料石墨碳石墨碳非石墨碳非石墨碳阴极材料阴极材料2、金属或合金材料金属或合金材料金属单金属单质材料质材料储钠容量储钠容量大，大，相较于碳基材相较于碳基材料料体积膨胀体积膨胀和粉化

6、和粉化容量快速衰减容量快速衰减将金属单质或者合金与其他材料特别是将金属单质或者合金与其他材料特别是碳材料碳材料进行进行复合复合，可显著解决可显著解决循环性能循环性能差的问题差的问题Sn/C复合材料阴极材料阴极材料金属氧化物金属氧化物过渡金属氧化物具有较高的容量过渡金属氧化物具有较高的容量发生可逆的氧化还原反应发生可逆的氧化还原反应非金属单质非金属单质有机材料有机材料单质单质P具有较小的原子量和较强的锂离子嵌入具有较小的原子量和较强的锂离子嵌入能力能力，安全的工作电压安全的工作电压要要抑制钠离子嵌脱过程中材料的体积膨胀抑制钠离子嵌脱过程中材料的体积膨胀 氧化还原电位调节范围宽氧化还原电位调节范围宽，可发生多电子反应可发生多电子反应化合物种类繁多，含量丰富化合物种类繁多，含量丰富；具有结构的韧性具有结构的韧性 3、金属氧化物；、金属氧化物；4、非金属单质；、非金属单质；5、有机材料有机材料；结论与展望结论与展望钠离子电池在发展的过程中也存在钠离子电池在发展的过程中也存在几个亟待解决关键问题几个亟待解决关键问题:能量密度和功率密度能量密度和功率密度的正极材料的正极材料在循环过程中体积在循环过程中体积变化小的负极材料变化小的负极材料安全的凝胶态安全的凝