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。     

ZrO2包覆对层状氧化物正极材料储钠性能的改善

层状氧化物正极材料具有良好的结构稳定性和较高的充放电比容量,是一类理想的钠离子电池正极材料。本工作研究了层状氧化物正极材料NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面修饰对其电化学性能的影响,采用固相球磨法在正极材料表面包覆一层纳米ZrO2,采用形貌、结构、电化学方法等研究了包覆后性能改进机理。研究结果表明,ZrO2在NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面形成一层惰性保护层,有效隔开了电解液与正极材料的接触,缓解了电解液的分解速度,抑制了金属离子的溶出速度,从而显著改善了电池的循环性能以及高温性能。在ZrO2包覆修饰后,55℃下正极材料相比于未包覆的正极材料有明显提升,100次循环后容量保持率达到83.6%,高于未包覆的75.2%。此外,包覆后的NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正极材料在空气环境存储后,稳定性得到明显提高。     

锂离子电池正极材料合成及改性

电动汽车续航里程的提升主要依赖于锂离子电池的能量密度,其中发展高容量的正极材料成为关键。富锂锰基层状氧化物（LLOs）和高镍三元层状氧化物（NCM,Ni≥80%）等高容量正极材料成为了研究热点,其前体的开发对正极材料电化学性能的发挥有重要的影响。本文从工业化的角度对共沉淀法制备LLOs和NCM正极材料前体的反应过程和影响因素进行了介绍,分析了球形团聚体、单晶和浓度梯度等正极材料的结构和性能,并详细阐述了正极材料中晶面取向调控、掺杂及表界面处理等改性策略的原理及优缺点。文章指出,综合来看单晶材料表现出较好的循环稳定性和热稳定性,但倍率性能有待进一步提升。浓度梯度正极材料不仅保持了高容量特性,还兼顾良好的结构稳定性和热稳定性,有望突破高容量正极材料进一步发展的技术瓶颈。最后,基于本文作者课题组在高容量正极材料方面的研究,对正极材料的未来发展趋势给出了一些建议。     

钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展

层状过渡金属氧化物是目前最具潜力的钠离子电池正极材料之一，因其理论容量较高且易于合成受到了广泛关注。旨在综述钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展。首先简要概述了层状过渡金属氧化物材料的结构特点及目前存在的不足，介绍了P2相和O3相层状过渡金属氧化物的钠离子配位构型及传输路径；此外，针对充放电过程中存在不可逆相变、空气敏感性高、电化学性能有待提高等问题，从组分调控、结构设计及表面包覆三类改性方法入手，总结了P2、O3相层状过渡金属氧化物近几年的改性研究成果；最后，对钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的产业化发展前景及潜在研究方向进行了展望。     

钒氧化物纳米材料在钠离子电池中的应用

钠离子电池具有资源广、成本低等优势,是新一代储能技术,更是大规模储能的发展前沿与热点。为获得安全、高效、可商业化的钠离子电池,其正极材料的开发是研究者们面临的难题之一。钒氧化物具有多变的价态与化合物,通过多电子反应可获得高的存储容量,丰富的层状结构为高容量的钠离子存储提供了可能。通过对钒氧化物纳米结构的设计与优化可有效改善电极材料的储钠性能。本文主要综述了最近钒氧化物纳米结构的储钠机理与性能优化的研究进展,并结合本课题组的研究工作讨论了相关的发展方向。     

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。     

锂离子电池用锂锰氧化物正极材料的研究进展

本文论述了具有层状结构的锂锰氧化物正极材料的最新研究成果。着重讨论了具有层状结构的锂锰氧化物正极材料的合成方法及其电化学性能。     

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。     

钾离子电池研究进展

阐述了钾离子电池关键材料和电池技术的研究现状,特别是对普鲁士蓝类和P2、P3相层状氧化物材料作为正极材料的电化学性能及存在的问题、碳基负极材料（石墨、硬碳、软碳等）的电化学性能及钾离子脱嵌机理、当前所用电解液的优缺点等方面都进行了较为全面的讨论和分析。分析表明普鲁士蓝和非石墨材料等材料已经同时展示出较高的比容量和循环性能,而对于层状氧化物材料和石墨材料,钾离子的电化学嵌入/脱出伴随显著的体积变化和复杂的相变,同时与正负极材料具有高度相容性的电解液尚未获得。指出钾离子电池需要进一步发展其电极材料和电解液。     

锂离子电池正极材料的研究现状

锂离子电池作为主要绿色电源之一,以高能量密度、高比容量、循环稳定性以及无污染等特点成为公认的比较有前景和市场的新世纪绿色能源,而正极材料严重制约着电池的能量密度的提升和循环稳定性以及安全性能等,文章介绍了各几种主要正极材料结构形态,比较了它们的性能优缺点及改性优化工艺,并阐明了正极材料发展方向。     

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。     

锂硫电池正极复合材料研究现状

锂硫电池由于其高理论能量密度(2600W·h/kg)而受到了广泛的关注,是极具应用前景的电池体系.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键.然而锂硫电池还存在一些问题,如硫的利用率低及正极结构的稳定性差等.本文综述了近几年锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,分别从硫/碳复合、硫/导电聚合物复合、硫/氧化物复合3个方面进行介绍,指出了未来锂硫电池正极材料要注意结合硫/导电聚合物及硫/氧化物的优势并注重材料结构的设计,向核壳或类核壳结构方向发展的趋势,同时还要提高载硫量,提高循环稳定性,以获得高性能的锂硫电池.     

锂离子电池用层状LiMnO2基正极材料的研究进展

层状LiMnO2材料因其结构不稳定、循环性能差,因而需对其进行掺杂改性.层状锰系衍生物具有比容量高、循环性能稳定等优点,已成为锂离子电池新的发展方向.介绍了目前对LiMnO2的掺杂改性研究,对多元层状锰基固溶体正极材料作了重点阐述.总结了近年来关于多元层状锰基正极材料的研究发展,介绍了其晶体结构、电化学性能、合成与制备技术,以及进一步的改性研究.如果多元层状固溶体材料的高倍率放电性能得到进一步的提高,则其必将成为新的一代锂离子电池正极的首选材料.     

五氟乙氧基环三磷腈添加剂对钠离子电池性能的影响

储量丰富的钠使钠离子电池在大规模储能领域得到广泛应用,但是钠离子电池的循环性能还需进一步改善。在1 mol/L NaClO_4/EC/PC电解液中加入0. 5%五氟乙氧基环三磷腈(FPN)添加剂,可以有效地调控P2-Na_xCo_(0. 7)Mn_(0. 3)O_2(x≈1. 0)钠离子正极材料的界面稳定性,提高钠离子电池的循环稳定性。电化学和物化表征分析测试结果表明,FPN添加剂的加入可以在P2-Na_xCo_(0. 7)Mn_(0. 3)O_2(x≈1. 0)正极材料表面形成一层富含Na F的致密正极电解质中间相(CEI),该CEI层可以明显降低电池的阻抗,抑制电解液的持续分解,使得电池在1 C倍率下循环200圈之后还可以保持92%的容量保持率,而没有添加FPN添加剂的基础电解液在1 C倍率下循环200圈之后的容量保持率只有75%。     

钠离子电池正极材料Na_(0.44)MnO_2的研究进展

钠离子电池的研究开发在国内外处于迅速发展的浪潮中,而具有隧道结构的Na_(0.44)MnO_2作为正极材料具有既可以支持高能量密度和长循环寿命的非水电解质电池,也可以支持安全和高倍率的水溶液电解质电池的优点,成为一个重要的研究热点。本文比较系统地综述了Na_(0.44)MnO_2作为钠离子电池正极材料的研究现状,从晶体结构和充放电机理等方面进行了讨论,重点阐述了Na_(0.44)MnO_2材料的合成方法以及不同的合成方法对其结构形貌和电化学性能的影响,同时,也介绍了Na_(0.44)MnO_2材料在全电池和水系电池中的应用现状和前景以及对Na_(0.44)MnO_2正极材料掺杂和表面包覆等改性方面的研究进展,并且总结分析了改性工艺对其结构与电化学性能的影响,认为Na_(0.44)MnO_2材料对于钠离子电池仍具有极大的科研价值和应用前景。     

新一代储能钠离子电池正极材料的改性研究进展

近年来,原料广泛、成本低廉的钠离子电池被公认为新一代综合效能优异的储能电池系统,但较低的能量密度和有限的循环寿命仍然是阻碍其商业化应用的主要挑战。借鉴锂离子电池的开发经验,合理的改性工艺已被证实可以明显提高钠离子电池的电化学性能,尤其是在已建立的正极体系中。本文分析了过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物以及有机化合物等钠离子电池正极材料的结构、性能特点,并系统综述了粒径纳米化、表面包覆、元素掺杂等多类改性方法的最新研究成果。未来的研发和设计中,改进合成工艺控制粒径、拓宽包覆物质种类、梯度掺杂协同元素以及寻找不同结构特征的钠离子电池正极材料是研究重点。     

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。     

富锂层状正极材料研究现状

富锂层状正极材料结构Mn基氧化物及三元(NCM)层状正极材料分别具有密度高、容量大的特点,并且成本低廉,工作电压与国内现有的电解液设备相匹配,安全性好,考虑到该材料的振实密度、相对密度和容量等多种综合的性能,其发展和应用的前景很好。介绍了富锂层状正极材料目前在应用中面临的技术难题以及富锂层状正极材料的制备技术和应用改性。     

锂离子电池层状正极材料的研究进展

文章主要综述当前锂离子电池层状正极材料—LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的研究进展。阐述了三种层状盐结构正极材料的优缺点,对LiCoO2和LiNiO2正极材料的改性方法:掺杂和包覆处理。通过改性,层状正极材料的结构和性能均有较大改善,为锂离子电池更为广泛的工业应用指明道路。对锂离子电池正极材料未来的应用前景做了一些展望。     

高性能钠离子电池负极材料的研究进展

负极材料的研究是钠离子电池实现商业化生产的关键要素之一，近年来已经取得了突破性进展。但是较大半径的钠离子在嵌/脱过程中对负极材料结构的影响非常大，进而导致可逆容量迅速降低。本文系统综述了钠离子电池负极材料的最新研究成果，阐述了碳基材料、钛基化合物、合金材料、金属化合物和有机化合物5类负极材料的制备工艺，并分析了这些材料的性能特点：碳基材料的研发技术成熟，但比容量和倍率性能有待提高；钛基化合物的结构性能良好，倍率性能出色，但存在比容量较低的缺点；合金材料和金属化合物都具有较高的理论比容量，但循环性能较差；有机化合物的研发尚处于起步阶段，有待深入研究。基于现有的研究基础，总结了材料的改性方法和取得的效果，并展望了钠离子电池负极材料的研究方向，分析指出表面碳包覆可以提升材料的电子传导性，纳米结构可以缩短钠离子的传输途径，多孔形貌有利于电解质对材料的浸润，而元素掺杂可以提升材料的反应活性，最终获得高性能钠离子电池负极材料。