【《钠离子电池正极材料的发展研究文献综述》1300字】

钠离子电池正极材料的发展研究文献综述目前，对于钠离子正极材料的研究主要分为三类：层状过渡金属氧化物、聚阴离子类化合物、以及普鲁士蓝类材料。层状过渡金属氧化物层状过渡金属氧化物有理论比容量较高、易于合成、成本低、无毒等优点，是目前研究最广泛的一类正极材料，其可用NaxMeO2（Me指过度金属元素，如Mn、Ni、Fe、Co、Ti等）来表示。最常见的层状结构是由一张边缘共享的MeO6八面体构成的。当MeO6八面体的薄片沿c轴方向以不同的方向堆叠时，就会出现多态性。根据Delmas等人提出的分类方法，钠基层状材料可分为两大类：O3型和P2型，其钠离子分别被配位在在八面体和三棱柱棱柱位置，如图1.8所示。[46,48]从图中可以看出，P2型层状过渡金属氧化物的堆积方式为ABBAABBA，而O3型层状过渡金属氧化物的堆积方式为ABCABCAB。由于P2型材料比O3型材料的层间距大且结构较为稳定，所以更适合作为钠离子电池的正极材料。图1.7层状过渡金属氧化物的几种类型[46]Figure1.7Severaltypesoflayeredtransitionmetaloxides[46]聚阴离子类化合物钠离子电池中聚阴离子类正极的结构通式为AxMey[(XOm)n-]，其中A为金属元素钠，Me为过渡金属，X为磷、硫、硅等。在这种化合物中，两种金属阳离子分别位于(XOm)n-组成的八面体框架中，使其结构非常稳定，因此该类正极材料是当前研究的热点之一。目前该类正极材料中研究较多的有磷酸铁钠（NaFePO4）和钠超离子导体型（NASICON）的磷酸钒钠Na3V2(PO4)3。NaFePO4可分为热力学稳定的磷铁矿型（maricite）结构NaFePO4和亚稳态形、具有电化学活性的橄榄石型（triphylite）NaFePO4。[49,50]Maricite型NaFePO4可通过高温固相法直接生成，但其动力学较差，影响了其电化学性能。Triphylite型NaFePO4电化学性能较好，但只能通过用LiFePO4将Li/Na离子交换法得到，合成过程较难。Oh等人用离子交换法将LiFePO4成功制成triphylite型NaFePO4，其循环50圈后可逆容量为125mAh/g。[51]Fang等人以LiFePO4/C为前驱体，采用简单的水相电化学置换法制备了triphylite型NaFePO4/C微球正极材料。[52]该正极材料在0.1C的电流密度下循环240圈后，可逆比容量为111mAh/g，容量保持率为90%，并具有高的倍率性能（46mAh/g，在2C的电流密度下）。Na3V2(PO4)3具有三维共价结构，结构内部空间较大，有利于钠离子的传输，且作为钠离子电池正极材料，其循环稳定性好，电压平台高。[53,54]但其电电导率低，因此研究人员们广泛用碳包覆来对该材料表面改性，以改善它的电化学性能。Hu等人采用一步固相法用碳包覆Na3V2(PO4)3制备了Na3V2(PO4)3/C复合材料，首圈放电容量为93mAh/g，循环10圈之后容量保持率为99%。[55]普鲁士蓝类材料图1.8普鲁士蓝类材料类材料的晶体结构图[56]Figure1.8ThecrystalstructureofPrussianbluematerials[56]普鲁士蓝类正极材料的通式为AxMe[Fe(CN)6]y·nH2O，其中A表示碱金属元素，Me表示过渡金属元素。该类正极材料具有三维面心立方结构，有利于钠离子的传输和储存，且制备方法简便、比容量高，因此可用于钠离子电池正极材料。Goodenough等人合成了成本低的KMFe(CN)6，其可逆容量接近100mAh/g，循环30圈后，容量几乎无衰减。[56]但是，由于普鲁士蓝类材料合成率低、电导率低、容易与电解液反应的缺点，限制了该类材料的具体应用。参考文献Kim,G.Y.ChallengesforRechargeableLiBatteries[J].AmericanChemicalSociety,2009,22(3),587-603.Simon,P.,andY.Gogotsi.Materialsforelectrochemicalcapacitors[J].NatureMaterials,2008,7(11),845-854.Liu,C.,etal.Advancedmaterialsforenergystorage[J].AdvMater,2010,22(8),28-62.Kim,S.,etal.ElectrodeMaterialsforRechargeableSodium-IonBatteries:PotentialAlternativestoCurrentLithium-IonBatteries[J].AdvancedEnergyMaterials,2012,2(7).Scrosati,B.Recentadvancesinlithiumionbatterymaterials[J].ElectrochimicaActa,2000,45(15-16),2461-2466.WHITTINGHAM,M.S.ElectricalEnergyStorageandIntercalationChemistry[J].Science,1976,192(4244),1126-1127.Deng,Da.Li-ionbatteries:basics,progress,andchallenges[J].EnergyScience&Engineering,2015,3(5),385-418.Xu,Wu,etal.Lithiummetalanodesforrechargeablebatteries[J].EnergyEnviron.Sci.,2014,7(2),513-537.Besenhard,J.O.,andG.Eichinger.Highenergydensitylithiumcells:PartI.Electrolytesandanodes[J].JournalofElectroanalyticalChemistry,1976,68(1),1-18.Eichinger,G.,andJ.O.Besenhard.Highenergydensitylithiumcells:PartII.Cathodesandcompletecells[J].JournalofElectroanalyticalChemistry&InterfacialElectrochemistry,1976,72(1),1-31.K.Mizushima,P.C.Jones,P.J.Wiseman,J.B.Goodenough.LixCoO2(0<x⩽1):Anewcathodematerialforbatteriesofhighenergydensity[J].SolidStateIonics,1981,3/4,171-174.Thackeray,M.M.,etal.Lithiuminsertionintomanganesespinels[J].MaterialsResearchBulletin,1983,18(4