物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (1): 211-241.doi: 10.3866/PKU.WHXB201610111

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钠离子电池正极材料研究进展

方永进1,陈重学2,艾新平1,杨汉西1,曹余良1,*()   

  1. 1 武汉大学化学与分子科学学院,武汉430072
    2 武汉大学动力与机械学院,武汉430072
  • 收稿日期:2016-08-09 发布日期:2016-12-29
  • 通讯作者: 曹余良 E-mail:ylcao@whu.edu.cn
  • 作者简介:方永进, 2011年本科毕业于湖北大学化学工程与工艺专业, 2016年博士毕业于武汉大学物理化学专业。主要研究方向为新型钠离子电池电极材料|陈重学, 2006年、2011年分别获武汉大学理学硕士、博士学位。现任武汉大学动力与机械学院讲师。主要研究方向为锂/钠离子电池电极材料、能源存储与转化|艾新平,现为武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师、国家863节能与新能源汽车重大专项立项评审与监理专家。主要研究领域为电化学能源材料及技术,如锂硫电池、硅负极材料等|杨汉西,现为武汉大学化学与分子科学学院教授,博士生导师,从事电化学能源转换领域新材料、新技术和新体系的应用基础研究,在锂/钠离子电池等化学电源方面有重要影响|曹余良, 2003年获得武汉大学博士学位, 2009-2011年,美国西北太平洋国家实验室访问学者。现为武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师、教育部新世纪优秀人才。主要研究领域为钠离子电池电极材料和电解液相关研究
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2016YFB0901501);国家自然科学基金(21373155);国家自然科学基金(21333007);国家自然科学基金(21273090)

Recent Developments in Cathode Materials for Na Ion Batteries

Yong-Jin FANG1,Zhong-Xue CHEN2,Xin-Ping AI1,Han-Xi YANG1,Yu-Liang CAO1,*()   

  1. 1 College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, P. R. China
    2 School of Power and Mechanical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, P. R. China
  • Received:2016-08-09 Published:2016-12-29
  • Contact: Yu-Liang CAO E-mail:ylcao@whu.edu.cn
  • Supported by:
    National Key Research Program of China(2016YFB0901501);National Natural Science Foundation of China(21373155);National Natural Science Foundation of China(21333007);National Natural Science Foundation of China(21273090)

摘要:

近年来,钠离子电池由于资源丰富、价格低廉等特点,逐渐成为储能领域的研究热点。然而,钠离子具有较大的离子半径和较慢的动力学速率,成为制约储钠材料发展的主要因素,而发展高性能的嵌钠正极材料是提高钠离子电池比能量和推进其应用的关键。本文详细综述了目前钠离子电池研究的正极材料体系,包括过渡金属氧化物、聚阴离子类材料、普鲁士蓝类化合物、有机分子和聚合物、非晶材料等,并结合这几年我们课题组在正极方面的研究工作,探讨了材料的结构和电化学性能的关系,分析了提高正极材料可逆容量、电压、结构稳定性的可能途径,为钠离子电池电极材料的发展提供参考。

关键词: 钠离子电池, 正极材料, 研究进展, 储钠反应, 电化学反应机理

Abstract:

Sodium ion batteries (SIBs) have attracted increasing attention for energy storage systems because of abundant and low cost sodium resources. However, the large ionic radius of sodium and its slow electrochemical kinetics are the main obstacles for the development of suitable electrodes for high-performance SIBs. The development of high-performance cathode materials is the key to improving the energy density of SIBs and facilitating their commercialization. Herein, we review the latest advances and progress of cathode materials for SIBs, including transition metal oxides, polyanions, ferrocyanides, organic materials and polymers, and amorphous materials. Additionally, we have summarized our previous works in this area, explore the relationship between structure and electrochemical performance, and discuss effective ways to improve the reversibility, working potential and structural stability of these cathode materials.

Key words: Sodium ion battery, Cathode material, Development, Sodium storage reaction, Electrochemical reaction mechanism

MSC2000: 

  • O647