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東莞市億富機械科技有限公司 2025-03-15 點擊317次
鈉電正極材料分為 3 類，各有特點且面臨挑戰(zhàn)。微觀結構的不同導致鈉離子在材料中的擴散路徑和能壘差異，從而影響電化學性能，見圖 1。
層狀氧化物鈉離子電池的正極材料中 P2 型和 O3 型層狀氧化物因顯著的發(fā)展?jié)摿Χ蔀檠芯康慕裹c。P2 型正極由 ABBA 型氧化物層組成。如圖 2中 P2 型，鈉離子在鈉層中占據(jù)三棱柱間隙，并通過短路徑遷移，賦予材料高倍率性能。由于初始鈉含量較低，需提高電壓至 1.5~4.5 V 以增加能量密度，但可能加速電池衰減。限制電壓在 2.0～4.0 V 可提高循環(huán)穩(wěn)定性，但會犧牲部分容量。因此，這些材料的特性需要在電池設計和應用選擇中予以綜合考慮，以達到最優(yōu)的性能表現(xiàn)。
O3 型鈉電正極材料結構為 ABCABC 型層狀。如圖 2 中 O3 型，鈉離子主要嵌入鈉層的八面體位置。由于鈉離子需通過較長的遷移路徑，O3 型材料的倍率性能通常不如 P2 型。而 O3 型材料具有高初始鈉含量和高能量密度，能在 2.0～4.0 V 的低電壓下保持優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。這些材料合成簡便、環(huán)保，并與現(xiàn)有鋰離子電池三元材料生產線兼容，有利于規(guī)?；a。因此，O3 型層狀過渡金屬氧化物在鈉離子電池商業(yè)化中展現(xiàn)出廣闊的應用前景。
1.2 聚陰離子化合物 該類物質由硼、磷、硫、硅等元素構成的陰離子單元(XO4)n-及其衍生物(XmO3m+1)n-組成。這些材料通過誘導效應，提升工作電壓，進而影響化學和電化學性能。其堅固的 3D 框架結構有助于減少鈉離子脫嵌時的結構變化，從而提高材料的結構穩(wěn)定性。另外，強 X—O 共價鍵抑制析氧反應，從而提升材料循環(huán)穩(wěn)定性和安全性[10]。釩基聚陰離子材料在特定條件下可提供與鋰離子電池相媲美的工作電壓。NASICON結構電極因穩(wěn)定性和離子導電性受青睞，但低電導率和有限容量限制了其應用。圖 3展示了 NASICON型聚陰離子化合物結構特征。
1.3 普魯士藍/白化合物普魯士藍/白作為鈉電正極材料新秀，備受關注。這些化合物具有面心立方結構，其中過渡金屬離子與CN 配體形成六角配位，鈉離子分布在三維通道與孔隙[13]。其開放框架結構的大間隙空間不僅賦予了高理論容量，還具備無毒等優(yōu)勢。圖 4 為 3 種普魯士藍類似物的晶體結構。
此外，普魯士藍/白化合物成本最低，能量密度較高，開放三維結構利于鈉離子脫嵌、安全性、倍率性好，這些因素進一步促進了它們的廣泛應用。然而，這類材料在實際應用中也面臨一些挑戰(zhàn)。由于內部結構，這些材料振實密度低且結晶水難以去除，導致熱循環(huán)穩(wěn)定性差，易產生熱缺陷，影響熱容量和電化學性能。充放電時高熱能可能加速過渡金屬離子溶解，引起安全問題。鈉電正極材料的分類比較詳見表 1。
