淺談鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展

1、LOGO淺談鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展淺談鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展Contents研究背景研究背景正極材料正極材料負(fù)極材料負(fù)極材料國(guó)外電池材料發(fā)展國(guó)外電池材料發(fā)展結(jié)論與展望結(jié)論與展望研究背景研究背景v先進(jìn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)都普遍采用鋰離子電池先進(jìn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)都普遍采用鋰離子電池技術(shù)，鋰離子電池是發(fā)展前景最為明朗技術(shù)，鋰離子電池是發(fā)展前景最為明朗的高能電池體系的高能電池體系 v鋰鋰資源必將面臨資源必將面臨短缺短缺問(wèn)題，鋰元素昂貴問(wèn)題，鋰元素昂貴且地殼中含量少且地殼中含量少v迫切需要開(kāi)發(fā)迫切需要開(kāi)發(fā)新型新型的長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能器件的長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能器件v鈉鈉離子電池在離子電池在一定程度一定程度上可緩和因鋰資上可緩和因鋰

2、資源短缺引發(fā)的電池發(fā)展受限問(wèn)題源短缺引發(fā)的電池發(fā)展受限問(wèn)題鈉離子電池鈉離子電池與鋰離子電池相比的突出與鋰離子電池相比的突出優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)：原料資源豐富易得，成本低原料資源豐富易得，成本低廉，分布廣泛廉，分布廣泛能利用分解電勢(shì)更低的電解能利用分解電勢(shì)更低的電解質(zhì)溶劑及電解質(zhì)鹽，電解質(zhì)質(zhì)溶劑及電解質(zhì)鹽，電解質(zhì)的選擇范圍更寬的選擇范圍更寬鈉電池有相對(duì)穩(wěn)定的電化學(xué)鈉電池有相對(duì)穩(wěn)定的電化學(xué)性能，使用更加安全性能，使用更加安全鈉離子電池鈉離子電池優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)12 3正極材料正極材料Identity碳包覆碳包覆層狀過(guò)渡金屬氧化物，因其具有可逆的離子脫層狀過(guò)渡金屬氧化物，因其具有可逆的離子脫嵌能力，被廣泛用于二次電池電

3、極材料。嵌能力，被廣泛用于二次電池電極材料。1、減少了電解液與活性材料的副反應(yīng)、減少了電解液與活性材料的副反應(yīng)Creatiity1、層狀、層狀NaxMO2(MCo, Ni, Fe, Mn, V等等)正極材料正極材料 2、加強(qiáng)了電極的電子電導(dǎo)率而減小了電極的、加強(qiáng)了電極的電子電導(dǎo)率而減小了電極的極化極化2、聚陰離子型正極材料選擇及發(fā)展、聚陰離子型正極材料選擇及發(fā)展J.B.Goodenough等合成了具有等合成了具有三維骨架結(jié)構(gòu)三維骨架結(jié)構(gòu)的的Na+導(dǎo)體導(dǎo)體Na3Zr2Si2PO12，稱為，稱為Nasicon2.1 Nasicon型型Li3V2(PO4)32.2釩基堿金屬氟磷酸釩基堿金屬氟磷酸v含

4、氟釩基類聚陰離子化合物，如含氟釩基類聚陰離子化合物，如NaVPO4F、Na3V2(PO4)2F3和和Na1.5VO4PO4F0.5等等Description of the contents(a) 3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(b) “之之”字形鏈結(jié)構(gòu)字形鏈結(jié)構(gòu)(c)不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)2.3 橄欖石型磷酸鐵鈉橄欖石型磷酸鐵鈉1、橄欖石橄欖石Olivine型型；2、磷鐵鈉礦磷鐵鈉礦Maricite型型1、層狀金屬氧化物層狀金屬氧化物作為鈉離子電池正極材料，普遍具有作為鈉離子電池正極材料，普遍具有較高的容量和電壓較高的容量和電壓（由于較大的層間距，在某些材料中（由于較大的層間距，在某些材料中Na+的遷

5、移速度比的遷移速度比Li+要快）要快）NaFePO4小結(jié)小結(jié)2、Nasicon材料材料有一定的有一定的高電壓高電壓，結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性好結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性好，可通過(guò)，可通過(guò)碳包覆碳包覆摻雜提摻雜提高容量高容量和和倍率性能倍率性能，具有產(chǎn)業(yè)化的前景，具有產(chǎn)業(yè)化的前景; 3、橄欖石結(jié)構(gòu)橄欖石結(jié)構(gòu)的理論容量高，需要解決的理論容量高，需要解決循環(huán)穩(wěn)定性循環(huán)穩(wěn)定性的問(wèn)題；的問(wèn)題；陰極材料陰極材料 鈉離子脫鈉離子脫嵌嵌問(wèn)題問(wèn)題1、碳基材料碳基材料石墨碳石墨碳非石墨碳非石墨碳陰極材料陰極材料2、金屬或合金材料金屬或合金材料金屬單金屬單質(zhì)材料質(zhì)材料儲(chǔ)鈉容量?jī)?chǔ)鈉容量大，大，相較于碳基材相較于碳基材料料體積膨脹體積膨脹和粉化

6、和粉化容量快速衰減容量快速衰減將金屬單質(zhì)或者合金與其他材料特別是將金屬單質(zhì)或者合金與其他材料特別是碳材料碳材料進(jìn)行進(jìn)行復(fù)合復(fù)合，可顯著解決可顯著解決循環(huán)性能循環(huán)性能差的問(wèn)題差的問(wèn)題Sn/C復(fù)合材料陰極材料陰極材料金屬氧化物金屬氧化物過(guò)渡金屬氧化物具有較高的容量過(guò)渡金屬氧化物具有較高的容量發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)非金屬單質(zhì)非金屬單質(zhì)有機(jī)材料有機(jī)材料單質(zhì)單質(zhì)P具有較小的原子量和較強(qiáng)的鋰離子嵌入具有較小的原子量和較強(qiáng)的鋰離子嵌入能力能力，安全的工作電壓安全的工作電壓要要抑制鈉離子嵌脫過(guò)程中材料的體積膨脹抑制鈉離子嵌脫過(guò)程中材料的體積膨脹 氧化還原電位調(diào)節(jié)范圍寬氧化還原電位調(diào)節(jié)范圍寬，可發(fā)生多電子反應(yīng)可發(fā)生多電子反應(yīng)化合物種類繁多，含量豐富化合物種類繁多，含量豐富；具有結(jié)構(gòu)的韌性具有結(jié)構(gòu)的韌性 3、金屬氧化物；、金屬氧化物；4、非金屬單質(zhì)；、非金屬單質(zhì)；5、有機(jī)材料有機(jī)材料；結(jié)論與展望結(jié)論與展望鈉離子電池在發(fā)展的過(guò)程中也存在鈉離子電池在發(fā)展的過(guò)程中也存在幾個(gè)亟待解決關(guān)鍵問(wèn)題幾個(gè)亟待解決關(guān)鍵問(wèn)題:能量密度和功率密度能量密度和功率密度的正極材料的正極材料在循環(huán)過(guò)程中體積在循環(huán)過(guò)程中體積變化小的負(fù)極材料變化小的負(fù)極材料安全的凝膠態(tài)安全的凝