碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料的研究进展

随着可卷曲、可折叠、可穿戴及植入式柔性电子设备的出现,柔性自支撑电极材料的研究也备受瞩目。碳布是一种商用机织物,由于其高导电性、多孔网络、大表面积、良好的机械柔韧性和强度,被认为是构建柔性电极的优秀基材。近年来,各种活性物质(如金属单质、金属化合物及其复合物)直接生长或涂敷在碳布表面,当用作锂/钠离子电池负极时,它们表现出优异的机械稳定性和电化学性能。本文综述了这几类碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料的研究现状,重点介绍了碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料中的三个关键问题,具体包括碳布的预活化、活性物质在碳布上的负载形貌及电化学性能的表征,并展望了碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料所面临的挑战和机遇,这对于碳布用作锂/钠离子电池自支撑电极材料基底的研究具有一定的指导意义。     

硫掺杂炭材料在钠离子电池负极中的研究进展

钠离子电池因资源丰富及成本低等优势，在大规模储能领域备受关注。炭材料作为钠离子电池实用化进程中的关键负极材料，具有高容量、低嵌钠平台、易调控且稳定性好等特点，引起了研究者的广泛关注。掺杂原子可改善炭材料的微观与电子结构，是提升储钠性能的有效途径。常见的杂原子包括N、S、O、P、B等，其中硫原子因其较大的半径能显著扩大层间距、增加缺陷与活性位点，被广泛用于炭负极材料的掺杂改性。本文综述了近年来硫掺杂炭材料的设计制备及在钠离子电池负极中的研究进展，分析了硫掺杂对碳结构的调控机理与改善电池性能的作用机制，最后针对目前面临的挑战和可能的解决方案进行了总结和展望，以期推动硫掺杂炭负极材料在钠离子电池中的实用化进程。     

钠离子电池碳基负极材料的研究进展

由于能源资源短缺和环境问题,开发新型储能材料迫在眉睫。锂离子电池应用广泛,但其在地壳中的含量较低,限制了它的发展。钠与锂具有相似的化学性质,可以替代锂成为新一代储能材料。碳基储钠负极材料分为天然石墨、石墨烯、软碳材料和硬碳材料。重点介绍了这些碳材料的定义、存在的问题和解决方案,对碳材料的改性及其在钠离子电池中的应用有一定的指导意义。     

钛酸锂用于钠离子电池负极的研究进展

相比于锂离子电池,钠离子电池具有资源丰富、分布广泛和成本低廉等优点,在大规模储能领域有广阔的应用前景,近几年获得了学术界广泛的关注。在钠离子电池体系中,负极材料对整个电池的能量密度和循环性能有着重要的影响。而在众多的负极材料中,尖晶石型钛酸锂凭借其优异的循环性能以及相对较高的钠离子脱嵌电位,被认为是一种极具应用潜力的钠离子电池负极材料。然而,由于钛酸锂中钛的最外层轨道缺少电子,导致钛酸锂的导电性不佳。同时,由于钠离子半径较大,在脱嵌过程中离子扩散阻力大,易引起钛酸锂晶格畸变,严重制约着钛酸锂的倍率性能和循环性能。针对上述问题,近年来研究者们基于深入的储钠机制研究,通过结构设计和界面优化,显著提升了钛酸锂在钠离子电池中的电化学性能。目前,文献报道的改善钛酸锂储钠性能的策略主要有:引入电导率较高的包覆层和离子掺杂来提高材料电子导电率,缓解嵌钠过程中的晶格畸变;通过结构调控设计纳米尺寸的钛酸锂材料以缩短离子扩散距离和增大其与电解液的接触面积。本文综述了近年来钛酸锂负极材料在钠离子电池中的研究现状,着重对钛酸锂的结构与性能、合成方法和改性研究等方面进行了深入的阐述,并对下一阶段钛酸锂作为钠离子电池负极的研究与应用进行了展望。     

炭负极材料储钠机理的研究进展

随着新能源产业的快速发展，储能市场正在逐步崛起，钠离子电池(SIB)作为一种新兴的低成本储能体系受到了广泛的关注。低成本和稳定的电化学特性是炭材料成为推动钠离子电池产业化的关键负极材料。综述了各类炭材料的结构特征和储钠特性及它们的改性措施，并对炭材料的储钠机理进行了讨论和总结，展望了炭基储钠负极材料的未来发展。     

钠离子电池合金类负极材料的研究进展

钠离子电池由于具有钠资源丰富、价格低廉等特点,逐渐成为大规模储能领域的研究热点。而负极材料作为钠离子电池的重要组成部分,对电池性能有着直接的影响。在目前所研究的负极材料中,合金类负极材料由于具有较高的理论比容量而受到了人们的广泛关注。但是在反应过程中,合金类材料面临着严重的体积膨胀问题,循环稳定性差,这制约了其发展。研究者通过包覆、纳米化、与其他金属复合等方法大大改善了合金类材料的循环性能。简介了合金类储钠负极材料Sn、Sb、P、Ge、Bi、Pb和Si的反应机理及研究进展,探讨了合金类负极材料所面临的问题和解决办法,并对合金类负极材料的发展方向进行了展望。     

硼酸铵改性碳纳米纤维负极材料制备及储钠性能研究

通过合理的合成路线与微观结构设计，开发具有高比容量和柔性的钠离子电池负极材料，是当前的难点。采用静电纺丝制备自支撑碳纳米纤维膜，利用不同浓度的硼酸铵溶液对纤维膜进行改性，研究了浸渍溶液浓度和热处理温度对碳纳米纤维膜相组成、微观形貌及储钠性能的影响。结果表明：低浓度硼酸铵溶液改性并未改变纤维膜三维相互交错的空间结构，但纤维膜表面粗糙程度增加，使改性后的碳纳米纤维缺陷和活性点位增多并减小了碳层间距。采用0.02mol/L硼酸铵溶液浸渍改性和600℃热处理后得到的碳纳米纤维膜作为钠离子电池自支撑负极时，可获得最优的储钠性能。在100mA/g电流密度下，该电池初始充比容量为354.7mAh/g,循环100周后电池的可逆充放电比容量为316.8mAh/g,表现出优异的储钠性能。     

自支撑碳基负极材料的储钠研究进展（英文）

凭借着钠资源储量丰富和成本优势，钠离子电池在电化学储能领域有望成为锂离子电池的重要补充。作为钠离子电池负极材料，炭及其复合材料可以通过合理的结构设计和组分调控获得优异的储钠性能。随着可穿戴电子器件日益普及，人们对电极提出了更高的性能要求。自支撑电极无需使用电化学惰性的黏结剂和导电添加剂等组分，有利于提升电池体系能量密度。本文总结了近年来钠离子电池用自支撑炭基电极材料的最新研究进展，包括碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯及其复合材料，从基底有无的角度详细综述并讨论了自支撑炭基负极的制备策略及其电化学性能，最后对钠离子电池用自支撑炭基负极材料的未来挑战和发展进行了展望。     

离子电池中磷基负极材料的研究进展

磷因理论储锂储钠比容量高、倍率性能好,被认为是一种极具发展潜力的离子电池负极材料。近几年磷基材料在锂离子、钠离子电池负极上的应用研究取得了实质性的进展。综述了磷基材料作为离子电池负极材料的研究进展,包括磷单质、磷/碳复合物及金属磷化物;分析了磷基材料作为离子电池负极材料的特点及存在的问题,并提出对其进行无定形包覆和非晶化处理是解决问题的最佳手段;简述了电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯对磷基负极材料电化学性能的影响;展望了磷基负极材料在能源方面的发展前景。     

锂/钠离子电池硬碳负极材料的研究进展

随着锂离子电池的发展和钠离子电池的兴起,硬碳材料作为一种新型负极材料,受到了广泛关注。硬碳来源丰富,价格便宜,具有比锂离子电池石墨负极更高的储锂容量和优异的倍率性能,并且是最有商业化潜质的钠离子电池负极材料。然而,硬碳普遍存在电池首周库仑效率低的问题,且对于硬碳的储锂/钠机制仍存在争论,其比容量仍有较大的提升空间。近年来,研究人员围绕硬碳负极材料的电化学机理展开了各种研究和模型假设,针对硬碳负极存在的问题,提出了各种解决策略。本文介绍了硬碳的基本结构和常用的制备方法,并结合硬碳的优势,梳理了硬碳在锂离子电池和钠离子电池中的应用情况,重点介绍了其在快充、包覆等细分领域的应用进展,并分别针对硬碳提升比容量和改善首周库仑效率的需求,归纳了孔结构设计、元素掺杂、优化材料与电解液界面等不同改性策略。     

钠离子电池负极材料锐钛矿型二氧化钛的研究进展

相较于锂离子电池，钠离子电池具有价格低廉、原料丰富、循环稳定性及倍率性能较好等优点，因此，随着低成本储能技术的需求日益增长，越来越多的研究者加入到钠离子电池基础研究和工程化探索的工作中。在钠离子电池体系中，负极材料在很大程度上影响着电池的能量密度、循环性能及安全性等。另外，在种类繁多的负极材料中，锐钛矿型二氧化钛(TiO₂)因自放电低、安全性高、循环寿命长、环境友好以及钠离子脱嵌电位相对较高等优点，逐渐成为钠离子电池负极材料的研究热点。然而，TiO₂属于半导体，离子扩散速率小和电子电导率低，严重制约着其倍率性能和循环性能，限制了其发展空间。因此，需对锐钛矿型TiO₂进行改性以提升其电导率。本文系统综述了微观结构调控、缺陷(氧空位和杂原子掺杂)以及与导电基体复合等改性方法对锐钛矿型TiO₂基负极材料导电性和储钠性能的影响，并对锐钛矿型TiO₂作为钠离子电池负极材料在未来的研究与应用进行了展望。     

钠离子电池铁氧化物/碳基复合材料研究进展

探索高性能、低成本、环境友好型电极材料一直是电化学储能领域的研究重点,其中,铁氧化物(FeO_x:Fe₃O₄、α-Fe₂O₃、γ-Fe₂O₃)作为钠离子电池负极材料具有较大的应用潜力而受到广泛关注。然而,FeO_x的电子和离子传导性较差,限制了循环稳定性和倍率性能,将其与碳基材料(石墨烯、石墨/无定型碳、多孔炭、碳纳米管和碳纳米纤维等)进行复合能够显著改善电化学性能。本文详细介绍了FeO_x/碳基复合材料作为钠离子电池负极材料的研究现状。分析了导致FeO_x负极材料首次库伦效率低、循环稳定性和倍率性能差等问题的原因,以及各复合改性结构的优势,对今后FeO_x/碳基复合材料作为钠离子电池负极材料的研究方向进行了展望。     

钠离子电池负极材料密度泛函理论研究进展

近年来有关钠离子电池的理论计算和实验研究不断增多,其中第一性原理计算的应用及结果引起国内外学者的研究兴趣。综述了密度泛函理论在钠离子电池负极材料中应用的研究进展,主要包括结构模型、电极电势或电池电压、可逆容量、晶格膨胀及其弹性、钠的存在状态、钠离子的扩散行为和电子导电性。随着研究的逐步深入,通过密度泛函理论计算能够给出电极材料可逆储钠性能的系统解释,并在新材料结构和成分设计方面发挥更重要的作用。     

具有高循环稳定性的氮硫掺杂多孔碳纳米球钠离子电池负极材料（英文）

开发高性能和低成本的负极材料对于室温钠离子电池(SIBs)的商业化至关重要。本文以葡萄糖为碳源,采用简单的水热法合成了粒径均匀且具备多孔结构的碳纳米球,并通过KOH活化和氮、硫共掺杂对其进行改性。作为钠离子电池的负极材料,该碳纳米球在20 mAg~(-1)的电流密度下表现出高达527 mAhg~(-1)的初始比容量,并且在500 mAg~(-1)的高电流密度下经过1 000次循环之后仍保持了95.2%的初始比容量,其循环稳定性优于大多数近期报道的钠离子电池负极材料。其优异性能来源于KOH活化和异质原子掺杂所带来的丰富的孔结构,较大的层间距和良好的导电性。     

锂离子二次电池负极用碳材料及其储锂机理

碳和石墨用作锂离子二次电池的负极,其性能很大程度上取决于碳、石墨负极材料的微结构和结晶度。介绍了负极碳材料及其储锂机理,并对今后的发展进行了展望。     

钠离子电池金属硫化物负极材料的研究进展

由于全球有限的锂资源无法满足巨大的能源市场需求,而钠元素与锂元素处于同一主族,其性质相似,且钠具有资源丰富以及成本低等优势,使得钠离子电池有望成为极具发展前景的储能装置.但是,钠离子电池存在以下劣势:(1)钠元素的相对分子质量大于锂元素,致使其理论能量密度低于锂离子电池;(2)钠离子半径大于锂,充放电过程中钠离子脱嵌困难.因此,电极材料的合理设计与高效合成是提升钠离子电池性能和降低成本的关键.目前,钠离子电池的研究进展较快并取得了一定的成果,研究热点主要集中在钠离子嵌入机理、电池能量密度提升、循环性能改善等方面.金属硫化物种类丰富,具有相对较高的理论比容量和能量密度,适合用作储能钠离子电池负极材料.但金属硫化物自身存在导电性差、体积膨胀剧烈、首次库伦效率低、钠离子扩散缓慢等缺点,同时电池的性能又取决于电极材料的形貌、结构和颗粒尺寸等.因此,需对材料进行一系列结构调控以及相应机理研究来提高其电化学性能.本文主要从纳米形貌调控和材料复合两个方面对金属硫化物最新的研究进展进行综合概述,并对钠离子电池金属硫化物负极材料的未来发展方向进行了评述及展望.     

水溶液钠离子电池及其关键材料的研究进展

钠离子电池具有资源与成本等方面明显的优势, 正成为新一代储能技术的发展热点。对于大规模、固定式储能场合, 水溶液钠离子电池更为安全可靠、价格低廉、环境友好, 理论上具有广泛的应用前景。然而, 水溶液钠离子电池在材料选择和应用方面所面临的问题也非常复杂。针对这些问题, 本文简要分析了水系储钠材料与电极反应的特殊性, 介绍了水系钠离子电池的研究进展, 同时结合本课题组的研究工作讨论了相关的技术发展方向。     

介孔碳复合电极材料研究进展

早在20世纪70年代,就有人提出碳作为锂离子负极材料的设想,但直到20世纪90年代日本索尼公司成功地开发出石油焦碳负极材料,才使以碳材料为负极的锂离子电池从实验室研究进入实用阶段[1]。碳材料根据其石墨化程度,可简单分为石墨和无定形碳2类。常见的碳材料不仅包括石墨(无论天然的或人工合成的),还包括中间相的低温碳、硬碳、碳纳米管、介孔碳及石墨烯等,这些碳材料的     

纳米碳颗粒作为锂离子电池负极材料的研究

石墨化碳具有充放电容量高、循环性能稳定等特点,是最有商业应用价值的锂离子电池负极材料之一,所以改性的碳负极材料一直是研究的重点.用TEM,HRTEM对用电弧放电法制备的纳米碳颗粒进行结构表征,并将其用作锂离子电池负极材料研究其电化学性能.研究结果表明,纳米碳颗粒负极具有较高的初次充电容量,达到了710mAh/g.但是初次放电效率低,不可逆容量损失大,在锂离子电池应用上还存在很多缺陷.必须对其加以改善使之成为一种较好的锂离子电池负极材料.     

磺酸基修饰石墨烯复合材料的储钠性能研究EI北大核心CSCD

对石墨烯进行功能化处理,可得到具有合适层间距和较高离子扩散速率的理想石墨烯基电极材料,其作为钠离子电池负极材料有着重要的应用潜力。通过在石墨烯结构中进行原位插层反应,成功制备出聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)插层的石墨烯复合材料(PSS-rGO)。这种插层结构是基于石墨烯的π电子可以与PSS结构中的π电子相互作用,使得石墨烯层间距增大并抑制其堆积。同时,PSS中的磺酸钠基团可有效提高钠离子扩散速率,增强电极对钠离子的吸附能力,从而提升钠离子电池的循环性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电化学工作站和多通道电池综合测试仪对样品进行测试分析。结果表明,PSS-rGO电极在5 A·g^(-1)的电流密度下循环6000圈后容量可保持在256 mAh·g^(-1),单圈衰减率为0.003%,表现出优异的循环性能。本研究为开发高比容、快速储钠以及长寿命的钠离子电池负极材料提供了可行思路。