鈉離子電池綜述

《鈉離子電池綜述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、word資料下載可編輯鈉離子電池近年來，隨著電子設備、電動工具、小功率電動汽車等迅猛發(fā)展，研究高能效、資源豐富及環(huán)境友好的儲能材料是人類社會實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的必要條件。為滿足規(guī)模龐大的市場需求，僅依靠能量密度、充放電倍率等性能衡量電池材料是遠遠不夠的。電池的制造成本與能耗是否對環(huán)境造成污染以及資源的回收利用率也將成為評價電池材料的重要指標。電池發(fā)展有以下顯著特點:綠色環(huán)保電池發(fā)展迅猛;一次電池向二次電池轉化,這有利于節(jié)約地球有限的資源,符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略;電池進一步向小、輕、薄方向發(fā)展。鈉是地球上儲量較豐富的元素之一，與鋰的化學性能類似，因此也可能適用于鋰離子電池體系。鈉離子電池

2、相比鋰離子電池有諸多優(yōu)勢，如成本低，安全性好，隨著研究的深入，鈉離子電池將越來越具有成本效益，并有望在未來取代鋰離子電池而被廣泛應用。1鈉離子電池電化學原理同為元素周期表第I主族的鈉離子和鋰離子的性質有許多相似之處，鈉離子完全有可能和鋰離子電池一樣構造一種廣泛使用的二次電池。并且鈉離子電池與鋰離子電池相比，原材料成本比鋰離子電池低，半電池電位(E0Na+/Na=E0Li+/Li+0.3)比鋰離子電池高，適合采用分解電壓更低的電解液，因而安全性能更佳。鈉離子電池不以鈉作為負極，而是由硬碳或嵌入化合物組成。專業(yè)技術資料word資料下載可編輯（1）鈉離子電池優(yōu)點：依據(jù)目前的研究進展，鈉離

3、子電池與鋰離子電池相比有3個突出優(yōu)勢：①原料資源豐富，成本低廉，分布廣泛；②鈉離子電池的半電池電勢較鋰離子電勢高0.3～0.4V，即能利用分解電勢更低的電解質溶劑及電解質鹽，電解質的選擇范圍更寬；③鈉離子電池有相對穩(wěn)定的電化學性能，使用更加安全。（2）鈉離子電池缺陷：鈉離子電池也存在著缺陷，如鈉元素的相對原子質量比鋰高很多，導致理論比容量小，不足鋰的1/2；鈉離子半徑比鋰離子半徑大(Na+半徑：95pm，Li+半徑：60pm)，使得鈉離子在電池材料中嵌入與脫出更難。下圖為鈉離子電池的電極材料：專業(yè)技術資料word資料下載可編輯2鈉離子電池正極材料用于鈉離子電池正極的材料主要有貧鈉的

4、NaxCoO2、NaxMnO2層狀晶體化合物及它們的摻雜化合物。這些化合物的存在形態(tài)取決于其組成(x值)和制備方法。其它一些見諸報道的嵌入式正極材料有:NaxTiS2,NaxNbS2Cl2,NaxWO3-y,NaxV0.5Cr0.5S,NaxMoS3(非定形),NaxTaS2,各式中0

5、0Wh/kg和1200W/kg。用雙層V2O5專業(yè)技術資料word資料下載可編輯材料作鈉離子電池正極的充放電反應機理如圖所示，電化學反應改變了五氧化二釩層的靜電吸引力，可為鈉離子(Na+)提供強大的遷移動力;鈉離子嵌入到V2O5的過程如圖所示。由圖上可以看出，鈉離子的嵌入可導致釩的整體結構有序化，同時層間長程有序。鈉脫出后，這種長程有序也消失，而層內結構仍保存著。這個研究小組的方法是，要使鈉離子嵌入，就要使用納米材料，這種材料具有雙層層狀結構，可調層間距，能適應很大的體積變化。非原位和原位同步特性研究表明，鈉離子的嵌入可導致釩的整體結構專業(yè)技術資料word資料下載可編輯有序化，同時

6、層間長程有序。鈉脫出后，這種長程有序也消失，而層內結構仍保存著。因此，通過優(yōu)化平衡靜電力，誘導納米材料的排列，會取得盡可能高的電極容量。這種開放式框架結構具有好的“彈性”和卓越的長期穩(wěn)定性，可使雙層五氧化二釩成為一種合適的可用于高能量密度鈉充電電池的正極材料。2.2單晶Na0.44MnO2納米線高功率鈉離子蓄電池近年來吸引了越來越多人的興趣，因此，急需開發(fā)一種納米結構的電極材料，因為納米材料具有很高的比表面積，縮短了鈉離子的擴散距離，所以使電池具有高的功率密度。用水熱法合成的單晶Na0.44MnO2納米線，可用于鈉離子電池。將0.1g的Mn3O4粉末分散在NaOH溶液中（40ml/

7、5mol/l），然后將溶液放在Teflon-lined高壓鍋（45ml）中，在205℃加熱96h。之后，冷卻反應物，過濾沉淀物，用水反復沖洗，然后在室溫下真空干燥。SEM和TEM實驗證明水熱法合成Na0.44MnO2具有單晶納米線形貌。實驗證明，該材料的可逆比容量為120mAh/g。另外，單晶Na0.44MnO2納米線具有高的充放電倍率循環(huán)性能和循環(huán)穩(wěn)定性，因此是一種非常有前途的鈉離子電池正極材料。2.3可逆NaFePO4電極通過置換橄欖石LiFePO4中Li的置換可