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。     

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。     

大面积磷掺杂碳纳米片:高性能钠离子电池负极材料

正由于来源丰富、成本低廉、无毒且稳定性好,碳材料被认为是钠离子电池最具应用前景的负极材料之一,开发具有高容量、长寿命、低成本的碳材料对促进钠离子电池尽快商业化意义重大。由于钠离子半径较大,用作锂离子电池的传统石墨负极储钠活性差,其不能直接用作钠离子电池负极材料。但研究表明众多无定形碳材料展现出了良好的储钠性能。目前,钠离子电池无定形碳负极材料可逆容量一般在200~300m Ah·g~(-1),由于具有较大的比表面积,副反应较多,导致了     

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.     

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。     

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。     

有机电解液在钠离子电池中的研究进展

随着对大型储能电池的需求逐渐增加,钠离子电池由于其资源丰富,价格低廉且与锂性质相似等优点而被广泛关注。在钠离子电池的关键材料选择中,钠离子电池的电化学性能和安全性同时受电解液的影响,这不仅决定了电池的电化学窗口和能量密度,而且还控制着电极/电解液界面的性质。本文首先综述了钠离子电池电解质的基本要求、主要分类,重点讨论了对钠离子电池电解质的选择性要求及不同钠盐的物化性能和对固体电解质界面的影响;其次针对不同溶剂和材料的兼容性以及材料在不同溶剂体系中的储能机制等,分别对材料在醚类和酯类电解液中获得的固体电解质界面特点、倍率性能、循环性能等展开分析。最后指出钠离子电池电解质未来在与材料的匹配、关键性表征方法等方面的发展路线。     

钠离子电池Sb基负极材料的研究进展

作为钠离子电池负极材料的一种,Sb基负极材料拥有比碳材料更高的理论比容量和低成本的优势,极具商业化应用前景,受到研究者们的密切关注。尽管Sb金属单质具有安全性能好、合成方便等诸多优点,但该电极材料在反复充放电过程中存在以下问题:(1)较大的体积膨胀,极易引起钠离子的不可逆脱嵌,从而导致充放电效率较低;(2)晶体结构易坍塌,材料粉化严重,从而造成电极材料长周期循环稳定性差,容量大幅衰减。研究者们通过调控Sb金属单质的粒径、形貌和结构等手段,显著改善了其电化学性能。即便如此,仍然无法有效解决Sb金属单质在循环过程中因体积膨胀造成的充放电效率低和容量迅速衰减的问题。为了解决这一问题,人们设计开发了Sb/C复合材料以及Sb基化合物材料。Sb/C复合材料利用碳材料良好的柔韧性、优异的导电性以及形貌和结构皆可调控等优势,在一定程度上改善了改性后电极材料的循环性能。Sb合金材料是由活性金属Sb和其他活性金属或非活性金属合金化而成,体积效应得到抑制,放电容量提高。Sb氧化物和Sb硫化物等Sb的非金属化合物材料反应机理为合金化反应和转化反应机理共存,均可贡献容量,因而此类材料具有较高的比容量。为同时达到改善材料结构性能和抑制体积膨胀的目的,可通过构筑结构较为复杂但电化学性能优异的Sb的其他复合物材料。本文对比分析了不同Sb基材料的储钠机理、性能特点、存在的问题以及电化学性能的优化方法。同时指出单一的改性方法并不能显著提升材料的性能,而结构优化、合金成分控制以及优选还原剂、粘结剂和电解质添加剂等多元改性工艺的综合设计,可以更有效地改善Sb基负极材料的电化学性能,最后提出现阶段Sb基材料作为钠离子电池负极材料所面临的挑战及未来商业化应用前景。     

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。     

镍氢( Ni /MH)电池 10C放电循环寿命衰减机理研究

对Ni／MH电池在1C充放电和1C充电10C放电条件下的循环寿命进行了考察,结果表明10C放电条件下电池循环寿命只有76次。对10C放电循环前后电池内阻、正负极电位、负极性能变化和贮氢合金腐蚀行为进行了研究。结果表明由于10C放电条件下电池的温度较高,导致合金腐蚀速度增加。而合金的腐蚀消耗电解液,使电池内阻增加,负极性能恶化,电池寿命发生衰减。     

锑硅纳米复合薄膜作为钠离子电池负极材料的电化学行为研究

近年来, 合金作为钠离子电池的负极材料具有较高的比容量而受到广泛关注。然而, 硅与钠离子的电化学反应活性很低, 硅基合金型负极材料鲜有报道。本研究通过脉冲激光沉积技术制备了锑硅(Sb-Si)纳米复合薄膜, 并对其作为钠离子电池负极材料的电化学性能和反应机理进行了研究。电化学性能表征发现, 锑硅纳米复合薄膜在10 μA/cm²的电流密度下, 循环100次后能保持约0.011 mAh/cm²(270 mAh/g)的可逆比容量, 远优于同样方法和条件下制备的单质锑和单质硅薄膜电极的电化学性能。进一步的研究表明, 在放电过程中, Sb和Si分别和钠离子发生合金化反应生成了Na₃Sb和NaSi的纳米晶。在充电过程中, Na₃Sb和NaSi纳米晶发生可逆的脱钠反应, 重新形成单质Sb和Si纳米晶粒。大量存在于锑硅纳米复合薄膜中的异质晶界有利于钠离子的扩散和输运, 从而提高了纳米复合薄膜电极的电化学性能。     

电活性有机材料在钠离子电池中的研究进展

由于钠资源储量丰富、成本低廉,钠离子电池近年来受到了国内外研究人员的广泛关注。但由于钠离子重量及其半径大于锂离子,这必然引起对电极材料不同的要求,从而限制了钠离子电池产生如锂离子电池一样的电化学性能。研究发展优异的电极材料应用于钠离子电池成为了关键。相对于目前报道的许多无机电极材料而言,有机电极材料具有储量丰富、结构多样、环境友好等特点,同时具有很高的理论能量密度,极具研究价值。综述了3类典型有机电极材料在钠离子电池中的应用,并对有机电极材料未来的发展进行了展望,将为钠离子电池电活性有机材料的研究提供十分有用的资料。     

锂离子电池纳米负极材料的研究和开发

锂离子电池近几年发展非常迅速，纳米材料和纳米技术也应用于锂离子电池中。本文综述纳米材料(主要包括纳米金属及纳米合金、纳米氧化物、碳纳米管、具有纳米孔结构的无定形碳材料和天然石墨等)在负极材料方面的最新研发情况。纳米材料的特有性能使其可逆容量高于目前商品化的负极材料，但纳米合金负极材料的产业化还有待于进一步的研究。特别是循环稳定性；碳纳米管的制备和纯化成本过高，不宜产业化，同时理论方面有待于进一步研究，以提高其电化学性能；具有纳米孔的无定形碳材料制备温度低，容量也较高，但是对于产业化而言，循环性能和电压滞后现象有待于进一步的改进；具有纳米孔的天然石墨负极材料不仅容量高、制备比较简单、成本低，而且具有良好的循环性能，可望达到产业化要求。     

铁基电极材料在锂/钠离子电池中的应用研究进展

随着低碳环保的生活方式不断深入人心,人们对能源储存器件的需求日益增加。锂离子电池由于具有较高的工作电压、较高的能量密度和良好的循环寿命,逐渐占领了二次能源储存市场。当然,锂离子电池也面临着自身的问题,如锂资源储量少、开采难度大而导致的锂离子电池成本高。钠离子电池具有与锂离子电池相似的电化学性质,且钠盐资源丰富,近年来受到了研究者们的广泛关注。在整个电池中,电极材料的作用尤为重要,决定了整个电池的循环寿命。铁基电极材料具有丰富的原材料资源、价格低廉、安全无污染,因此成为了最合适的一类电极材料。然而,铁基电极材料的电化学性能还有待进一步改善。通过设计合适的纳米结构以及发展简易的金属有机框架化合物衍生的方法,制备了一系列铁基电极材料,并用于锂、钠离子电池,取得了不错的电化学性能。综述了近年来研究者们和作者课题组制备的铁基电极材料在锂、钠离子电池上的研究进展。     

金属磷化物钠离子电池负极材料研究进展

钠离子电池(SIBs)因其成本低、安全性高等优势引起了愈加广泛的关注与研究。在已报道的SIBs负极材料中，磷由于理论容量极高被认为是最具应用前景的负极材料之一。然而磷的电导率低，且在充放电过程中会发生体积膨胀，极大地影响了其倍率性能和循环稳定性。将磷与锗、锡、铜等金属结合形成金属磷化物可有效提高其导电性，并显著改善磷基负极材料的倍率性能和循环性能。本文主要综述了金属磷化物及其与碳纳米管、石墨烯等复合材料作为SIBs负极的最新研究进展，总结了目前金属磷化物SIBs负极材料存在的问题，比如实际容量偏低、储钠机制研究不够深入等；提出了相应的解决方法和手段，例如复合材料设计和构筑、表面修饰、尺寸形貌调控和先进原位表征手段等；并对金属磷化物SIBs负极材料的发展前景进行了展望。     

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。     

基于Ti_(3)C_(2)T_(x)材料在钠离子电池中的应用进展EI北大核心

MXene由于具有独特的层状结构、高电子导电性和丰富的表面化学特性,在储能、电磁干扰屏蔽、催化、医药等方面有广泛的应用前景。Ti_(3)C_(2)T_(x)作为最早发现的MXene材料,其固有的金属导电特征、宽层间距和丰富的表面官能团,引起了钠离子电池领域研究人员的关注。本文综述了近年来Ti_(3)C_(2)T_(x)基材料在钠离子电池中的研究进展。首先从Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的制备展开,概述多层和少层两类Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的结构与电化学特性。随后结合研究的应用趋势,总结两类Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的层间距改性、掺杂改性、形貌调控等手段对其储钠行为的影响。同时也分析了两类Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料应用于钠离子电池负极的结构设计思路,指出合理的结构设计对电池性能至关重要。最后对Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料在钠离子电池领域中面临的问题和挑战提出了一些建议。     

锂离子电池硅基负极材料的研究进展

硅负极材料具有很高的理论比容量(4200mAh/g),但充放电过程中巨大的体积变化导致其循环性能很差,同时较低的电导率以及与常规电解液的不相容性等因素限制了硅作为负极材料在锂离子电池中的应用。因此,目前大部分研究人员都致力于解决其循环性能差的问题。综述了近年来改善硅基负极材料性能的最新进展,指出了硅基材料作为锂离子电池负极材料的研究前景。     

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。     

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。