鈉離子電池正極材料有哪些？

TIME: 2021-01-20 電池行業動態資訊

用于鈉離子電池正極的材料主要有貧鈉的Na，CoO2、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，NaxNbS2C12，NaxWO3-y，NaxV0.5Cr0.5S，NaxMoS3（非定形），NaxTaS2，各式中0<x<2，0<y<1。

1、五氧化二釩（V2O5）

五氧化二釩（V2O）是阿貢國家實驗室和芝加哥大學的研究小組開發的一種可用于充電鈉離子電池的正極材料。這種雙層五氧化二釩（V2Os）材料可用于室溫下，具有250mAh/g的比容量，接近理論比容量，倍率放電能力和循環壽命優良，電池的比能量和比功率高達760Wh/kg和1200W/kg。用雙層V20s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，可爲鈉離子（Nat）提供強大的遷移動力；鈉離子嵌入到V2O4的過程。

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。鈉脫出後，這種長程有序也消失，而層內結構仍保存著。

这个研究小组的方法是，要使钠离子嵌入，就要使用纳米材料，这种材料具有双层层状结构，可调层间距，能适应很大的体积变化。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有序化，同時層間長程有序。鈉脫出後，這種長程有序也消失，而層內結構仍保存著。因此，通过优化平衡静电力，诱导纳米材料的排列，会取得尽可能高的电极容量。这种开放式框架结构具有好的“弹性”和卓越的长期稳定性，可使双层五氧化二钒成为一种合适的可用于高能量密度钠充电电池的正极材料。

2、單晶Nao4MnO2納米線

高功率钠离子蓄电池近年来吸引了越来越多人的兴趣，因此，急需开发一种纳米结构的电极材料，因为纳米材料具有很高的比表面积，缩短了钠离子的扩散距离，所以使电池具有高的功率密度。用水热法合成的单晶Nao4MnO2纳米线，可用于钠离子电池。将0.1g的MnsO：粉末分散在NaOH溶液中（40ml/5mol/1），然后将溶液放在Teflon-lined 高压锅（45ml）中，在205℃加热96h。之后，冷却反应物，过滤沉淀物，用水反复冲洗，然后在室温下真空干燥。SEM和TEM实验证明水热法合成Nao4MnO2具有单晶纳米线形貌。实验证明，该材料的可逆比容量为120mAh/g。另外，单晶NaoaMnO2纳米线具有高的充放电倍率循环性能和循环稳定性，因此是一种非常有前途的钠离子电池正极材料。

3、可逆NaFePO：電極

通過置換橄榄石LiFePO；中Li的置換可獲得橄榄石型NaFePO4正極。實驗證明橄榄石型NaFePO；電極是一種非常有潛力的鈉離子電池電極材料。這種材料中，理論比容量最大的爲橄榄石結構NaFePO4，爲154mA穐/g。但和LiFePO4的不同點是，NaFePO4最穩定存在的相是磷鐵鈉礦結構，該結構Na+占據4c的Wyckoff點陣位置，Fe2+占據4a點陣位置。這點剛好與LiFePO4相反，Li+

占据4a位置，Fe2+占据4c位置。导致这种结构差异的可能原因是Na 离子半径比Li大。NaFePO4材料在60℃，C/24倍率下，充放电的首次比容量达到147mA穐/g。但这种材料到目前为止没有得到良好的循环性能，有待更多的深入研究。

4、NaCoO2及其參雜化合物

在NaxCoO2化合物中，Na+主要位于層狀（CoO2）n八面體之間：數量少時，鈉離子間呈三棱柱狀排列；數量多時，它們則配位成八面體。盡管NaxCoO2化合物電性能較優，但鑽鹽價格昂貴，使得電池成本大幅上升，故出現了其它各種替代材料。

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