中國(guó)粉體網(wǎng)訊  在鋰資源短缺的當(dāng)今，儲(chǔ)量豐富的鈉元素逐漸在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域中受到更多的關(guān)注。在成本低、安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)的加持下，鈉離子電池已逐步成為新型儲(chǔ)能的重要補(bǔ)充技術(shù)。

電池內(nèi)部的材料選擇對(duì)鈉離子電池的整體性能來(lái)說(shuō)極為關(guān)鍵。其中，正極材料的結(jié)構(gòu)、性能以及成本決定了鈉離子電池的商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)力。

理想的正極材料在結(jié)構(gòu)和性能上，其往往具備：（1）較高的氧化還原電勢(shì)；（2）優(yōu)異的離子和電子電導(dǎo)率；（3）較高的理論容量；（4）開(kāi)闊的離子擴(kuò)散通道；（5）良好的空氣穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；（6）制備工藝簡(jiǎn)單，原料成本低廉且環(huán)境友好。

目前，鈉離子電池正極材料主要分為過(guò)渡金屬氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍(lán)類似物等。

過(guò)渡金屬氧化物：

目前，在鈉離子電池正極材料中，過(guò)渡金屬氧化物因理論容量高、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、成本較低、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)被廣泛關(guān)注。過(guò)渡金屬氧化物的化學(xué)式可以表示為NaxMO2（0＜x≤1，M為過(guò)渡元素Co、Mn、Fe、Cr、Ni等其中的一種或多種)，根據(jù)鈉含量不同和晶體結(jié)構(gòu)，分為層狀過(guò)渡金屬氧化物和隧道狀過(guò)渡金屬氧化物。

聚陰離子化合物：

因獨(dú)特的框架式結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性好等因素，聚陰離子化合物得到了眾多研究者的青睞。其化學(xué)式可以表達(dá)為Na_xM_y[(XO_m)^n–]_z，其中M為Fe、Mn、V等過(guò)渡金屬，X為P、S、Si等非金屬元素。聚陰離子化合物可分為橄欖石結(jié)構(gòu)和鈉離子超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的磷酸鹽[NaFePO₄、Na₃V₂(PO₄)₃]、焦磷酸鹽[Na₂MP₂O₇、Na₄M₃(PO₄)₂P₂O₇]、氟化磷酸鹽[NaVPO₄F、Na₂MPO₄F、Na₃(VO_x)₂(PO₄)₂F_3-2x]、硫酸鹽[Na₂Fe₂(SO₄)₃]等。它們的晶體結(jié)構(gòu)多數(shù)是由過(guò)渡金屬八面體和聚陰離子四面體通過(guò)共價(jià)鍵連接而成的三維結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有效地緩解了Na⁺脫嵌過(guò)程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)重排現(xiàn)象，從而使鈉離子電池表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

普魯士藍(lán)類似物：

普魯士藍(lán)因獨(dú)特的開(kāi)放框架和三維大孔道結(jié)構(gòu)、較好的電化學(xué)性能成為鈉離子電池正極材料中的研究熱點(diǎn)。其化學(xué)式可以表示為Na_xM[Fe(CN)₆]_y∙£_y·zH₂O，其中0＜x＜2，0＜y＜1，£代表配位水占位；M為過(guò)渡金屬元素，如Fe、Mn、Co、Ni、Cu等。晶體結(jié)構(gòu)為過(guò)渡金屬離子分別與CN-中的C和N形成配位，與N配位的過(guò)渡金屬為高自旋態(tài)，與C配位的過(guò)渡金屬為低自旋態(tài)。普魯士藍(lán)有三種多態(tài)性，即單斜相、立方相和菱形相。Na⁺占據(jù)三維通道結(jié)構(gòu)和配位孔隙中，其三維空間結(jié)構(gòu)中存在大量的配位離子立方空隙，為Na⁺可逆地脫嵌提供了遷移通道。

目前過(guò)渡金屬氧化物體系和普魯士藍(lán)衍生物作為正極材料的技術(shù)成熟度較高，二者的能量密度均在150Wh/kg以上。聚陰離子化合物種類豐富,形式多樣。與層狀氧化物相比，聚陰離子化合物中的陰離子電負(fù)性較大,所以該類材料作為鈉離子電池正極材料時(shí)普遍擁有較高的工作電壓。目前聚陰離子型材料如能通過(guò)簡(jiǎn)單有效的工藝方法解決導(dǎo)電性較差的問(wèn)題,使其發(fā)揮穩(wěn)定性和倍率性能方面的優(yōu)異特性,有望比過(guò)渡金屬氧化物材料獲得更迅速的應(yīng)用推廣前景。

2024年10月29-31日在上海跨國(guó)采購(gòu)會(huì)展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦2024第二屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會(huì)。屆時(shí)，來(lái)自武漢大學(xué)的方永進(jìn)教授將作題為《鈉離子電池正極材料的設(shè)計(jì)與性質(zhì)研究》的報(bào)告。

專家簡(jiǎn)介：

方永進(jìn)，武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，入選國(guó)家級(jí)青年人才項(xiàng)目和湖北省楚天學(xué)者人才計(jì)劃。獲2022和2023年科睿唯安“全球高被引科學(xué)家”、2022和2023年Stanford-Elsevier全球前2%頂尖科學(xué)家等榮譽(yù)。主要研究方向?yàn)殇?鈉離子電池電極材料和電解液等。擔(dān)任InfoMat、InfoScience、J. Energy Chem.、eScience、Carbon Energy、Chin. Chem. Lett.、Rare Metals、Batteries等雜志青年編委。近年來(lái)以第一作者/通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed.（10篇）、Adv. Mater.（5篇）、Adv. Energy. Mater.（3篇）、J. Am. Chem. Soc.、Sci. Adv.、Chem、Energy Environ. Sci.、ACS Energy Lett.等國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文40余篇，含ESI高被引論文22篇，論文被引用9000余次，h指數(shù)為43。

參考來(lái)源：

1.袁永祥《鈉離子電池正極材料合成方法的研究進(jìn)展》

2.馬永郅《鈉離子電池正極材料普魯士白的包覆改性研究》

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

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