1.聚陰離子型正極材料

 

聚陰離子型正極材料最早研究是應(yīng)用于鋰離子電池正極，之后被借鑒應(yīng)用于鈉離子電池。此類材料的研究比較早， 主要代表材料有NaMnPO4、NaFePO4 等一類橄欖石型晶體。這種電極材料作為鈉離子電池正極具有不錯(cuò)的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

 

2. 二維層狀過(guò)渡金屬化合物

 

二維材料的興起是在石墨烯的發(fā)現(xiàn)之后， 石墨烯材料的發(fā)現(xiàn)第一次向人類展示了二維結(jié)構(gòu)也可以作為晶體穩(wěn)定存在。在此之后相應(yīng)的二維材料也不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)。其中二硫化鉬、過(guò)渡金屬雙金屬氫氧化物、過(guò)渡金屬硫化物等一系列過(guò)渡金屬二維材料逐漸被合成并應(yīng)用于鈉離子電池正極， 取得了不錯(cuò)的效果。目前應(yīng)用與鈉離子電池的二維材料主要是鈉基層狀NaxMO4(M=Co、Mn、V、Fe 等)。由于電化學(xué)活性高， 易于電解液離子的脫欠和吸附， 因此表現(xiàn)出極佳的電化學(xué)儲(chǔ)鈉效果。因此， 二維鈉基層狀NaxMO4 一度成為鈉離子電池正極電極材料的研究熱點(diǎn)。其中，作為鋰離子電池正極的層狀NaV6O15由于在鋰離子電池中的出色電化學(xué)儲(chǔ)能性能， 被應(yīng)用于鈉離子電池正極。

 

3. 過(guò)渡金屬磷酸鹽

 

過(guò)渡金屬磷酸鹽也是被應(yīng)用在鋰離子電池中的一種正極材料， 晶體結(jié)構(gòu)較多， 合成工藝較成熟。因此， 水熱法合成成為一種新型的合成磷酸鐵鈉的新路子。磷酸鹽作為一種三維結(jié)構(gòu)， 搭建起來(lái)的一種框架結(jié)構(gòu)極為有利于鈉離子的脫嵌和嵌入， 進(jìn)而得到儲(chǔ)能性能優(yōu)異的鈉離子電池。

 

4 空心或核殼納米材料

 

空心或者核殼結(jié)構(gòu)是近年來(lái)才興起的新型鈉離子電池正極材料， 這種材料在原有材料的基礎(chǔ)上， 通過(guò)精妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)空心或者多孔的結(jié)構(gòu)。比較常見(jiàn)的有空心硒化鈷納米立方、Fe-N 共參雜核殼釩酸鈉納米球、多孔碳空心氧化錫納米球等一系列空心結(jié)構(gòu)。結(jié)合材料本身的優(yōu)異特性， 再加上獨(dú)特的空心、多孔結(jié)構(gòu)， 使得更多的電化學(xué)活性位點(diǎn)暴漏在電解液當(dāng)中，同時(shí)還會(huì)極大的促進(jìn)電解液的離子遷移率， 實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)能。這種核殼結(jié)構(gòu)通常是通過(guò)模版法或者自犧牲模版法實(shí)現(xiàn)的。

 

 

鈉離子電池負(fù)極材料

 

1 硬碳

 

碳作為自然界儲(chǔ)量極其豐富的一種元素， 廉價(jià)易得， 作為鈉離子電池負(fù)極材料獲得了諸多的認(rèn)可。按照石墨化程度， 碳材料可以分為石墨類碳和無(wú)定型碳兩大類。其中， 歸屬于無(wú)定形碳中的硬碳表現(xiàn)出了高達(dá)300mAh/g 的儲(chǔ)鈉比容量， 而石墨化程度較高的碳材料由于比表面積較大， 有序性較強(qiáng)使得庫(kù)倫效率極低， 難以滿足商業(yè)應(yīng)用。因此在實(shí)際研究中以非石墨類硬碳材料為主。為了進(jìn)一步提升鈉離子電池負(fù)極材料的性能， 通過(guò)離子摻雜或者復(fù)合的方法對(duì)碳材料的親水性、導(dǎo)電性等進(jìn)行改善， 可以增強(qiáng)碳材料的儲(chǔ)能性能。

 

2 金屬化合物

 

金屬化合物作為鈉離子電池負(fù)極主要是以二維金屬碳化物、氮化物為主。這些材料作為二維材料， 除了具備二維材料的優(yōu)異特性以外，不僅可以通過(guò)吸附、插層的方式儲(chǔ)存鈉離子，有些材料還可以與鈉離子結(jié)合， 通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容進(jìn)行儲(chǔ)能， 進(jìn)而極大的提升儲(chǔ)能效果。但是受限于成本太高而且相比較碳材料難以獲得， 同時(shí)碳材料作為鈉離子電池負(fù)極本身性能已經(jīng)足夠， 因此目前鈉離子電池負(fù)極材料仍然以碳材料為主。