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基于低含水量普鲁士蓝正极的准固态钠离子电池

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无机材料学报 2024年

作者：王琨鹏刘兆林林存生王治宇中节能万润股份有限公司新材料开发分公司大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室

与锂离子电池相比，钠离子电池具有低成本、低温性能与安全性更佳等优势，在成本与可靠性敏感的应用领域备受瞩目。高容量、低成本的普鲁士蓝类材料(PBAs)是极具前景的钠离子电池正极材料，但结构中存在的结晶水导致电池性能快速衰减，... 详细信息

与锂离子电池相比，钠离子电池具有低成本、低温性能与安全性更佳等优势，在成本与可靠性敏感的应用领域备受瞩目。高容量、低成本的普鲁士蓝类材料(PBAs)是极具前景的钠离子电池正极材料，但结构中存在的结晶水导致电池性能快速衰减，是限制其应用的瓶颈。本研究提出了一种简便易行的热处理策略，以高效脱除PBAs正极材料中的结晶水，340次循环后的容量保持率由73%提升到88%。利用原位技术揭示了PBAs正极在充放电过程中，晶体结构由三方向立方结构不可逆转变，造成首次库仑效率损失的机制，并针对性地提出在正极中添加Na2C2O4钠补偿剂以解决这一问题。在此基础上，采用高离子电导率、高电化学稳定性的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)准固态电解质，匹配添加Na2C2O4钠补偿剂的低含水量PBAs正极与硬碳(HC)负极，构建了高性能准固态钠离子电池。此类电池在20～500 mA·g–1电流密度下，比容量为58～105 mAh·g–1，并可稳定循环超过200次。研究表明高效脱除结晶水，可以显著提高PBAs正极的稳定性与比容量。

关键词：钠离子电池准固态电池普鲁士蓝正极原位分析

硬炭动力学特性对钠离子电池低温性能的影响及机制

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储能科学与技术 2024年

作者：徐雄文莫英周望姚环东洪娟雷化涂健刘继磊湖南大学材料科学与工程学院湖南立方新能源科技有限责任公司

以磷酸焦磷酸铁钠(NFPP)为正极，硬炭(HC)为负极，制作了软包钠离子电池，研究了不同动力学性能的硬炭对钠离子电池循环性能和低温性能的影响。借助电化学交流阻抗谱(EIS)、弛豫时间分析技术(DRT)以及恒电流间歇滴定技术(GITT)等分析手... 详细信息

以磷酸焦磷酸铁钠(NFPP)为正极，硬炭(HC)为负极，制作了软包钠离子电池，研究了不同动力学性能的硬炭对钠离子电池循环性能和低温性能的影响。借助电化学交流阻抗谱(EIS)、弛豫时间分析技术(DRT)以及恒电流间歇滴定技术(GITT)等分析手段对比研究了不同硬炭的电荷转移阻抗、SEI阻抗以及扩散系数大小，得到了动力学性能趋势：HC-A＞HC-C＞HC-B。结果表明，硬炭的动力学性能直接影响到钠离子电池的循环性能和低温放电性能。动力学性能最优的生物质硬炭HC-A不仅可以支持室温下5 C快速充电并且循环容量几乎无衰减，还表现出良好的低温性能，可以在0 ℃下0.5 C充电和-10 ℃下0.2 C充电并稳定循环，在-30 ℃下0.5 C放电容量百分比达87.5%。动力学性能最差的树脂基硬炭HC-B无法支持15 ℃下0.5 C循环，且-30 ℃下0.5 C放电容量百分比仅有83.7%。针对HC-B低温性能差的问题，提高电池设计的N/P比可以显著改善钠离子电池的低温性能，使得电池在-10 ℃下可以支持0.1 C充电并稳定循环100圈，容量保持率几乎无变化。本工作对钠离子电池的设计优化和低温性能改进具有重要的参考价值。

关键词：钠离子电池硬炭低温性能动力学 N/P比

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生物质黏结剂在锂/钠离子电池中的研究进展

精细化工 2024年

作者：易聪华焦嘉琦熊旋罗丰怡杨东杰华南理工大学化学与化工学院

生物质材料是由生命体衍生得到的材料，具有可再生、可降解的特征，而且其结构中富含多种活性基团，能与电极活性材料产生氢键、离子-偶极和化学键等强相互作用。传统的油溶性黏结剂因活性基团缺乏、使用有机溶剂等特点，不利于电池综... 详细信息

生物质材料是由生命体衍生得到的材料，具有可再生、可降解的特征，而且其结构中富含多种活性基团，能与电极活性材料产生氢键、离子-偶极和化学键等强相互作用。传统的油溶性黏结剂因活性基团缺乏、使用有机溶剂等特点，不利于电池综合性能和绿色发展，而采用生物质黏结剂是一种实现高循环性能、抗容量衰减的有效手段之一。该文综述了生物质黏结剂的特点、与活性材料之间的作用机理，重点介绍和总结了生物质黏结剂在锂离子电池和钠离子电池中的应用，并展望生物质黏结剂在电化学领域的发展方向。未来的研究仍应集中于对天然生物质进行改性，使其兼具良好的黏附性、分散性、导电性和自愈性，以便更好地利用生物质材料的结构特性和功能特性。

关键词：生物质电池黏结剂再生能源锂离子电池钠离子电池

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低温钠离子电池正极材料研究进展

储能科学与技术 2024年第7期13卷 2348-2360页

作者：林炜琦卢巧瑜陈宇鸿邱麟媛季钰榕管联玉丁翔福建师范大学化学与材料学院福建福州350007 福州大学化学学院先进无机含氧材料福建省重点实验室福建福州350108

由于钠储量丰富且成本低廉,钠离子电池(SIBs)在大规模储能应用中引起了广泛关注。然而,SIBs在一些高海拔、深海、航空中的应用一直受到低温环境的影响。极端温度下会导致钠离子扩散系数的降低、迁移动力学缓慢、钠枝晶的形成和严重的界... 详细信息

由于钠储量丰富且成本低廉,钠离子电池(SIBs)在大规模储能应用中引起了广泛关注。然而,SIBs在一些高海拔、深海、航空中的应用一直受到低温环境的影响。极端温度下会导致钠离子扩散系数的降低、迁移动力学缓慢、钠枝晶的形成和严重的界面反应,再加上钠的反应容易发生不可逆相变,从而严重降低SIBs的电化学性能和安全性能。因此,正极材料的合理设计和改性对于优化SIBs的低温性能具有重要意义。本文综述了近年来SIBs包括层状金属氧化物、聚阴离子化合物及普鲁士蓝类似物在内的各大正极材料在低温环境下的研究进展:层状氧化物材料在低温下电化学反应过程中经历较多的相变和结构变化,循环寿命受到一定的限制;聚阴离子类材料较大的阴离子基团使得材料的能量密度受到一定的限制;普鲁士蓝类似物高纯度的合成还是低温条件下的一大难题。现有表面包覆、晶格掺杂、结构优化等多种策略可以改善正极材料出现的上述问题。本文还进一步深刻剖析了优越的电化学性能与各种正极材料改性手段之间的构效关系;总结了SIBs低温下的发展现状与挑战,即低温对充放电中动力学反应的极大限制,以及不可避免的正负极材料和电解质之间的相互影响;并提出了自己的一些见解,为推动SIBs正极材料在低温下的进一步发展提供参考。

关键词：钠离子电池低温性能正极材料改性研究

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普鲁士蓝类钠离子电池正极材料导电性研究进展

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储能科学与技术 2024年第5期13卷 1474-1486页

作者：赵毅伟张福华颜顺丁坤蓝海枫刘辉上海海事大学上海201306

发展具有快充性能(即超高倍率性能)的钠离子电池是目前储能领域研究的重点和热点。普鲁士蓝及其类似物(PBAs)具有有利于钠离子储存和扩散的开放式三维骨架结构,已经被证明作为钠离子电池正极材料具有巨大的潜力。然而,目前所制备的PBAs... 详细信息

发展具有快充性能(即超高倍率性能)的钠离子电池是目前储能领域研究的重点和热点。普鲁士蓝及其类似物(PBAs)具有有利于钠离子储存和扩散的开放式三维骨架结构,已经被证明作为钠离子电池正极材料具有巨大的潜力。然而,目前所制备的PBAs大多数存在结构缺陷和结晶水,以及其本身较差的电子电导率,导致其倍率性能不理想。本文针对PBAs导电性差的问题,从离子导电和电子导电两个方面进行讨论,首先分析了PBAs中结构缺陷以及结晶水的存在对离子导电的影响以及其本身价键结构对电子电导的影响。综述了近期对于提高PBAs导电性的相关研究:①改变晶体结构,通过减少PBAs晶体内部缺陷及结晶水,从而降低钠离子迁移距离及减少阻碍;②设计特殊的PBAs晶体结构,能有效减少钠离子传输路径;③采用复合导电材料,能构建新的电子运输途径。最后对提高PBAs导电性的三种策略进行了总结和展望,指出应该在优化PBAs结构的基础上,复合导电材料,同时增强离子电导和电子电导,以期达到最佳的倍率性能。

关键词：钠离子电池普鲁士蓝类似物倍率性能结构优化

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NaMnO颗粒尺寸对其作为水系钠离子电池正极性能的影响(英文)

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真空科学与技术学报 2024年

作者：黄璧成余灵辉葛婧捷徐梽川南洋理工大学材料科学与工程学院

水溶性钠离子电池是一种与锂离子电池相辅相成的技术，因其相对较低的成本、改善的安全性和环境友好的电解液而备受青睐。然而，较低的电极容量限制了这种电池的应用。Na0.44MnO2是一种用于钠离子电池的高容量阴极材料，其理论容量为121... 详细信息

水溶性钠离子电池是一种与锂离子电池相辅相成的技术，因其相对较低的成本、改善的安全性和环境友好的电解液而备受青睐。然而，较低的电极容量限制了这种电池的应用。Na0.44MnO2是一种用于钠离子电池的高容量阴极材料，其理论容量为121 mAh/g。在本文中，我们研究了Na0.44MnO2的尺寸效应对阴极性能的影响。纳米棒通过热处理MnO2纳米片前驱体制备而成，其尺寸通过CTAB和KMnO4的比例进行调控。然后，Na0.44MnO2纳米棒被用作水溶性钠离子电池的活性材料。纳米棒阴极在1 C的初始循环中提供了60 mAh/g的容量，并在经过200个循环后保持了55 mAh/g，比Na0.44MnO2块状阴极高出37.5%。在高倍率的5 C下，该阴极在经过200个循环后仍能提供47 mAh/g的高容量。容量的增加归因于减小的电荷传递阻抗和纳米棒具有较高比表面积所带来的改善的钠离子扩散性能。

关键词：钠离子电池正极水系电解液尺寸

基于DPEPA聚合物凝胶电解质的准固态钠离子电池

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无机材料学报 2024年

作者：孔剑锋黄杰成刘兆林林存生王治宇大连理工大学精细化工国家重点实验室化工学院中节能万润股份有限公司新材料开发分公司

与锂离子电池相比，钠离子电池由于使用价格低廉、储量丰富的钠资源，在实现低成本、规模化储能方面极具优势与市场竞争力。但使用高度易燃、易泄漏的液态电解液，使常规钠离子电池在破损、短路、热失控等情况下存在安全隐患。液态电解... 详细信息

与锂离子电池相比，钠离子电池由于使用价格低廉、储量丰富的钠资源，在实现低成本、规模化储能方面极具优势与市场竞争力。但使用高度易燃、易泄漏的液态电解液，使常规钠离子电池在破损、短路、热失控等情况下存在安全隐患。液态电解液较低的电化学稳定性也制约了钠离子电池应用性能的进一步提升。本研究提出了一种简便易行的原位热聚合方法，基于二季戊四醇戊-/己-丙烯酸（DPEPA）的自由基聚合反应制备了离子电导率为1.97 mS·cm–1，钠离子迁移数为0.66、宽电化学稳定窗口的高性能凝胶聚合物电解质。研究发现DPEPA的最低未占分子轨道（LUMO）能级低于碳酸乙烯酯（EC）与碳酸二乙酯（DEC）溶剂，可与NaPF6在负极表面共同优先分解形成稳定的有机–无机复合固态电解质中间相膜，抑制电解液溶剂分解。在此电解质中匹配Na(Ni1/3Fe1/3Mn1/3)O2（NFM）正极与硬碳（HC）负极，构建的准固态钠离子全电池在120 mA·g–1电流密度下稳定循环300次后，容量保持率达92%，并在20～80oC温度区间具有99～120 mAh·g–1的比容量。利用原位XRD分析揭示了NFM正极的高度结构可逆储钠机制与Na+在HC负极中的“吸附–填孔”存储机制。研究表明引入含有低LUMO能级聚合物的凝胶电解质是在增强电池安全性的同时，提升固态钠离子电池电化学稳定性的有效手段。

关键词：钠离子电池准固态电池凝胶聚合物电解质原位热驱动自由基聚合储钠机制

基于FeS_(2)及其复合材料的钠离子电池负极材料的研究进展

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中北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 357-371页

作者：呼延璟董小瑞张志文郭子禾梁勐涵中北大学能源与动力工程学院山西太原030051 燕山大学车辆与能源学院河北秦皇岛066004

二硫化亚铁(FeS_(2))具有高理论比容量、高电导率、价格低廉以及环境友好的优势,被视为是一种非常具有发展前景的钠离子电池负极材料。然而,FeS_(2)作为钠离子电池负极材料在其充放电过程中体积变化较大,反应动力学较迟缓,进而展现为电... 详细信息

二硫化亚铁(FeS_(2))具有高理论比容量、高电导率、价格低廉以及环境友好的优势,被视为是一种非常具有发展前景的钠离子电池负极材料。然而,FeS_(2)作为钠离子电池负极材料在其充放电过程中体积变化较大,反应动力学较迟缓,进而展现为电化学性能不佳,这严重制约了其在钠离子电池中的大规模应用。因此,总结FeS_(2)材料在钠离子电池循环过程中的反应机理,归纳既有研究对FeS_(2)负极材料瓶颈问题的解决方式,探讨了未来提升FeS_(2)负极材料性能可行的工作方向,对设计高容量的钠离子电池至关重要。本文首先阐述了FeS_(2)负极材料的结构特性与储钠机制;其次,根据FeS_(2)的反应机制及物理特性,总结了FeS_(2)作为钠离子电池负极材料的瓶颈问题;然后,从FeS_(2)的结构调控、FeS_(2)/碳基复合材料、FeS_(2)/高分子化合物复合材料及FeS_(2)/金属化合物复合材料四个方面归纳了近年来既有研究瓶颈问题的解决方案;最后,基于上述分析,从强化电解质特性、调控电极结构、降低材料成本、改变电极基底及优化电池工作环境的角度提出未来提升FeS_(2)负极材料钠离子电池性能的可行性工作方向。

关键词： FeS_(2) 钠离子电池负极材料储钠机理改性策略

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煅烧温度对钠离子电池P2-NaNiFeMnO正极材料性能的影响

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中国有色金属学报 2024年

作者：吴奇峰谭磊任延杰邹康宇宁天翔李灵均长沙理工大学能源与动力工程学院长沙理工大学材料科学与工程学院

层状氧化物材料因其优异性能被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料，其中富锰P2型因成本低、稳定性好，是具有发展前景的钠离子电池正极材料。本文采用固相烧结法制备P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料，研究了煅烧温度对材料性能... 详细信息

层状氧化物材料因其优异性能被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料，其中富锰P2型因成本低、稳定性好，是具有发展前景的钠离子电池正极材料。本文采用固相烧结法制备P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料，研究了煅烧温度对材料性能的影响。结果表明，煅烧温度会影响材料的晶格结构，在875 ℃下获得的Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料具有结晶良好的P2纯相，并表现出优异的电化学性能。在1.5～4.3 V的电压范围内，0.05 C下的初始放电容量232 mAh g-1且循环100次后容量保持率为69.5%。

关键词：钠离子电池 Ni/Fe/Mn基正极材料煅烧温度电化学性能