钠离子电池中关键材料及技术的发展与前景

钠离子电池因其储量大、成本低和高安全性等优势,成为锂离子电池的有效替代品,可在一定程度上缓解锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题。本文对钠离子电池发展现状、面临的挑战以及未来发展趋势进行梳理分析,并精选钠离子电池最新前沿综述,包括正极材料、负极材料和先进表征技术等,探讨当前钠离子电池的研究热点,为新能源材料领域技术研究提供参考。     

钠离子电池负极材料的研究进展

综述了近年来,国内外关于钠离子电池负极材料方面的研究进展,分别对碳基材料、合金类材料、金属氧化物材料、金属硫化物材料、金属磷化物材料等现有热门的钠离子电池负极材料进行了重点介绍,探讨了各材料目前存在的问题,以及现有的改性技术方案;并对负极材料未来的发展方向进行了猜测,指出受限于成本等因素,钠离子电池负极材料目前仍然以碳材料为主。未来,碳材料仍是目前最有望促进钠离子电池实用化的关键负极材料。     

钠离子电池正、负极材料研究进展

随着电子设备和电动汽车的快速发展,也加快了电池领域的迅速发展,传统电池逐渐被淘汰,锂离子电池因资源、成本等问题渐渐暴露出弊端,钠离子电池与锂离子电池原理相似,且成本更低.对钠离子电池的工作原理、电极材料等进行了综述,详细介绍了钠离子电池正、负极材料的研发进展,为进一步研发钠离子电池提供借鉴.     

生物质炭材料作为钠离子电池负极材料的研究进展

钠离子电池的问世使硬炭材料成为了当前研究的重点,但高成本和低循环寿命等不足限制了其作为负极材料在钠离子电池中的应用。生物质炭材料作为硬炭材料的一种,凭借其低成本、可再利用等优势,逐步在储钠材料中占据重要地位。为了更好的了解生物质炭材料,本文综述了近年来生物质炭作为钠离子电池负极材料的研究进展,并对其在储能领域的发展提出了展望。     

钠离子电池正极材料研究进展

钠离子电池与锂离子电池工作原理相似,却有着更低的成本和更高的安全性。在钠离子电池中,正极材料的研究尤为重要。本文对现有的钠离子电池正极材料进行了系统性的归纳,首先介绍了各类正极材料的结构和电化学特性,基于此分析目前钠离子电池正极材料面临的两个主要制约因素：一是钠离子半径大,充放电过程中对材料结构的影响大,导致容量衰减迅速;二是动力学过程慢,导致其倍率性能差。在此基础上归纳了现有的各类钠离子电池正极材料的改性方法如掺杂、包覆等。总结了材料改性及改善材料电化学性能的方法以及应用在现有材料中时所获得的效果,基于此为未来的钠离子电池正极材料及其改性研究提供了基础。     

水系钠离子电池正极材料研究进展

近年来,随着新能源行业不断发展,金属锂储备锐减和价格攀升使得二次电池转向其他金属离子电池发展,钠离子电池凭借储备丰富、价格低廉等优势成为良好的替代品。围绕水系钠离子电池正极材料的研究广泛开展,主要的正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士蓝类似物。本文总结介绍了不同材料的结构特征以及研究方向,并对水系钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。     

室温钠离子电池用高性能碳材料研究进展

随着大规模储能领域对性价比要求的日益提升,室温钠离子电池有望成为新一代能源存储器件。在多种备选材料中,出于综合性能、成本和安全性考虑,碳基材料是最具实用潜力的钠离子电池负极材料之一。值得注意的是,体相扩散型碳和表面吸附型碳在储钠位点、电化学行为和设计思路上有很大区别。综述了两类碳材料近年来的研究进展,探讨了储钠机理、电解液匹配以及关键性能提升等问题。最后,对钠离子电池碳基负极材料研究面临的挑战及未来发展方向进行了展望。     

钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

绿色能源的应用,促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一,已被应用于各种电子产品中,但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加,限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此,寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理,而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点,有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展,首先根据钠离子在负极材料存储方式不同,分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制,然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式,随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题,最后,以实际生产和工业应用为基础,展望了钠离子电池负极材料的研究方向。     

钠离子电池碳基负极材料研究进展

钠离子电池由于其资源丰富和原材料成本低的特点,成为锂离子电池潜在的替代产品。然而,同高倍率、高循环稳定性的钠离子电池正极材料相比,负极材料的开发相对滞后,这限制了钠离子电池的商业化运行。碳基负极材料具有资源丰富、导电性能好、循环性能稳定、无毒等优势,受到了研究人员和产业界的广泛关注。针对不同种类的碳基材料展开论述,讨论了影响碳基负极材料储钠性能的关键因素和储钠性能的优化策略,并对该领域最新的研究进展和所面临的挑战进行了展望。     

黑磷基储钠负极材料的研究进展

钠离子电池被认为是商业化锂离子电池最有前景的替代品而受到了极大关注。然而,嵌入型碳基负极材料的固有低比容量导致相对低的能量密度,极大地限制了其未来的应用。研究新型电极材料是研制新一代钠离子电池的基础。目前磷资源丰富,理论比容量高,可用于电池负极材料。综述单一黑磷及黑磷基复合材料作为钠离子电池负极材料的最新研究成果,阐述近几年黑磷基复合材料作为负极在储钠领域的研究进展,分析复合材料的制备及结构形貌对电化学性能的影响等,并展望黑磷基储钠负极材料的未来发展方向。     

高性能低成本钠离子电池电极材料研究进展

随着锂离子电池的迅速发展和锂资源的短缺,钠离子电池(SIBs)由于其丰富的钠资源和与锂相似的物理化学性质,被认为是最有希望大规模应用的电化学储能装置之一.结合目前钠离子电池高性能低成本正负极材料方面的研究工作,介绍近年来一些典型的正极、负极材料的最新研究进展.     

钠离子电池层状氧化物正极材料改性研究进展

由于储量丰富、价格低廉及安全环保等突出优点，钠离子电池(SIBs)被认为是大规模储能应用的主要候选技术之一，而正极材料的开发也决定了钠离子电池的商业化进程和最终性能。钠离子电池层状氧化物正极材料，具有比容量高、构造简单、稳定性好等优势，是最富有前景的钠电正极材料之一。但此类材料目前仍面临电化学过程的不可逆变化、空气中储存不稳定和界面稳定性较差等问题，严重制约着钠离子电池商品化进程的发展。为了解决材料所存在的这些问题，研究人员对其进行改性优化。据此，本工作综述了钠电正极材料层状氧化物离子掺杂、表面包覆、纳米结构设计、P/O混合相等改性措施所取得的成效，为钠电正极材料层状氧化物改性研究提供了基础，并对层状氧化物的后续发展趋势进行了展望。     

普鲁士蓝类化合物作为钠离子电池正极材料的研究进展

随着锂资源的日益紧缺,钠离子电池因具有钠资源丰富、能量转换效率高、循环寿命长、安全性能好等优势,又重新成为储能领域的研究热点。普鲁士蓝类化合物由于其独特的开放框架结构、丰富的储钠位点及较大的钠离子迁移通道,表现出优异的储钠性能。但该类材料在合成过程中容易产生结晶水及结构缺陷,导致材料电化学性能的显著下降。主要介绍了普鲁士蓝类化合物的结构特征及其电化学特性,综述了普鲁士蓝类化合物的制备及改性方法,并对其作为钠离子电池正极材料的未来发展进行了展望。     

普鲁士蓝类化合物作为钠离子电池正极材料的研究进展EI北大核心CSCD

随着锂资源的日益紧缺,钠离子电池因具有钠资源丰富、能量转换效率高、循环寿命长、安全性能好等优势,又重新成为储能领域的研究热点。普鲁士蓝类化合物由于其独特的开放框架结构、丰富的储钠位点及较大的钠离子迁移通道,表现出优异的储钠性能。但该类材料在合成过程中容易产生结晶水及结构缺陷,导致材料电化学性能的显著下降。主要介绍了普鲁士蓝类化合物的结构特征及其电化学特性,综述了普鲁士蓝类化合物的制备及改性方法,并对其作为钠离子电池正极材料的未来发展进行了展望。     

钠离子电容器负极材料研究进展

钠离子电容器是一种新型高性能能源储能技术,结合了超级电容器和二次电池的优点。目前钠离子电容器应用主要是在新能源领域,如风力发电、太阳能路灯、电动汽车等方面,钠离子电容器与这些产业的配套结合,将形成我国绿色能源的有效整体。本文综述了钠离子电容器的负极材料的种类,指出钠离子电容器电极材料未来的研究重点。     

二硫化钼/石墨烯复合电极的制备及其电化学储钠性能研究

二硫化钼(MoS₂)是一种稳定、安全、廉价的钠离子电池负极材料,但是二硫化钼的本征电导率较低,限制了钠离子电池的比容量和倍率性能。利用一步水热法制备了二硫化钼和还原石墨烯(MoS₂/RGO)复合体系,并用于钠离子电池负极材料中。还原石墨烯不仅能增强复合材料的导电性,而且能够提高MoS₂的结构稳定性,从而提升钠离子电池的比容量和循环稳定性。电化学测试结果表明,在1 A/g的电流密度下循环250次后,MoS₂/RGO复合电极的比容量仍然高达509 m A·h/g。     

钠离子电池研究进展

钠离子电池具有比能量高、安全性能好、价格低廉等优点,在储能领域有望成为锂离子电池的替代品。本文阐述了钠离子电池的研究现状,对钠离子电池研究的正负极材料、电解质的制备以及其电化学性能作了概述性讨论。正极材料有氧化物型、聚阴离子型;负极材料有碳基材料、钛基材料和合金负极材料等;电解液有有机溶剂电解液和凝胶聚合物电解液,并分别阐明了各种材料的优势和局限性。最后指出了这类高效钠二次电池体系有可能逐渐替代锂离子电池,并指明了现阶段发展钠离子的主要问题是不同体系材料的相互匹配。     

钠离子电池正极材料专利综述

随着新能源汽车的大批量应用,作为新能源汽车主要动力源的锂离子电池发展迅速。由于市场对锂的需求量增加,锂的储量问题逐渐显露,锂离子电池上游原材料价格逐渐走高。而钠离子电池与锂离子电池相比,具有钠盐原材料储量丰富、价格低廉等优势,从而被人们考虑作为低成本补充产品。本文着重关注近年来国内在钠离子电池正极材料方面的专利申请情况,并对重点申请人的专利申请状况进行分析。     

计算机模拟在不同类型离子电池电极材料中的研究进展

高能量密度储能装置的锂硫电池和钠离子电池等新型电池体系正在迅速发展。简要概述了锂离子电池、锂硫电池和钠离子电池的正负极材料,着重就第一性原理、分子动力学、蒙特卡罗及有限元方法在电极材料中的研究进展,以及在材料的晶体结构、电子结构、离子的输运过程、材料中的温度和应力分布以及掺杂改性等方面的应用进行了综述,对计算模拟技术在电极材料中的应用前景进行了展望。这些理论研究成果将有助于加深对材料和电池性能之间关系的理解,并对新电池体系材料的设计和研发具有理论指导意义。     

锂离子电池用Na-Mn-O材料的合成及应用

Na-Mn-O材料可作为离子交换法制备层状LiMnO2的前体,同时也可以直接作为锂离子电池的正极材料,被认为是锂二次电池研究中很有前景的新型材料。本文重点介绍了Na-Mn-O材料的晶体结构、制备方法,以及以该材料为前体,通过离子交换法合成的LixMnO2正极材料的结构与电化学性能。同时讨论了Na-Mn-O材料在锂二次电池、钠离子电池以及其它一些方面的应用,分析了Na-Mn-O材料作为未来锂二次电池正极材料的发展趋势。