2025年钠离子电池综述.pdfVIP

好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。——《中庸》

钠离子电池

近年来,随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展,

研究高能效、资源丰富及环境友好的储能材料是人类社会实现可持续

性发展的必要条件。为满足规模庞大的市场需求,仅依靠能量密度、

充放电倍率等性能衡量电池材料是远远不够的。电池的制造成本与能

耗是否对环境造成污染以及资源的回收利用率也将成为评价电池材

料的重要指标。电池发展有以下显著特点:绿色环保电池发展迅猛;一

次电池向二次电池转化,这有利于节约地球有限的资源,符合可持续发

展的战略;电池进一步向小、轻、薄方向发展。

钠是地球上储量较丰富的元素之一,与锂的化学性能类似,因此也

可能适用于锂离子电池体系。钠离子电池相比锂离子电池有诸多优势,

如成本低,安全性好,随着研究的深入,钠离子电池将越来越具有成本

效益,并有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用。

1钠离子电池电化学原理

同为元素周期表第I主族的钠离子和锂离子的性质有许多相似之

处,钠离子完全有可能和锂离子电池一样构造一种广泛使用的二次电

池。并且钠离子电池与锂离子电池相比,原材料成本比锂离子电池低,

半电池电位E0=E0+0.3比锂离子电池高,适合采用分解电压

Na+/NaLi+/Li

更低的电解液,因而安全性能更佳。钠离子电池不以钠作为负极,而是

由硬碳或嵌入化合物组成。

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其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》

〔1钠离子电池优点：依据目前的研究进展,钠离子电池与锂离子

电池相比有3个突出优势：①原料资源丰富,成本低廉,分布广泛；②

钠离子电池的半电池电势较锂离子电势高0.3～0.4V,即能利用分解

电势更低的电解质溶剂及电解质盐,电解质的选择范围更宽；③钠离

子电池有相对稳定的电化学性能,使用更加安全。

〔2钠离子电池缺陷：钠离子电池也存在着缺陷,如钠元素的相对

原子质量比锂高很多,导致理论比容量小,不足锂的1/2；钠离子半径

比锂离子半径大Na+半径：95pm,Li+半径：60pm,使得钠离子在电

池材料中嵌入与脱出更难。下图为钠离子电池的电极材料：

2钠离子电池正极材料

用于钠离子电池正极的材料主要有贫钠的NaCoO、NaMnO

x2x2

层状晶体化合物及它们的掺杂化合物。这些化合物的存在形态取决于

其组成x值和制备方法。其它一些见诸报道的嵌入式正极材料

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天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。——《周易》

有:NaxTiS2,NaxNbS2Cl2,NaxWO3-y,NaxV0.5Cr0.5S,NaxMoS3非定

形,NaxTaS2,各式中0x2,0y1。

2.1五氧化二钒VO

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五氧化二钒VO是阿贡国家实验室和芝加哥大学的研究小组

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开发的一种可用于充电钠离子电池的正极材料。这种双层五氧化二钒

VO材料可用于室温下,具有250mAh/g的比容量,接近理论比容量,

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