鈉離子電池的負極材料
1、鈉離子電池的負極材料之碳材料
用石墨作負極,由于鈉離子在石墨層間遷移需要高躍遷能,脫/嵌困難。鈉金屬會形成枝晶,如鋰金屬一樣。鈉金屬的安全性也受到質(zhì)疑,因為其熔點只有97.7℃,而鋰金屬為180.5℃。硬碳被認為可以作為負極材料,鈉合金是否能作為負極材料也正被廣泛的研究。在實驗室中應(yīng)用較多的鈉離子電極負極材料有各類碳材料,如石墨,乙炔黑,中間相碳微球(MCMB),它們的電化學(xué)性能與各自的結(jié)構(gòu)和含氫量密切相關(guān),一般的規(guī)律是:晶粒小,比表面積大,與電解質(zhì)接觸面也大,從而用來形成保護層所消耗的電解質(zhì)也多;而含氫量越多,容量滯后也越大。
中間相碳微球(MCMB)的制備及其電化學(xué)性能已有詳細的研究,與不經(jīng)處理和經(jīng)高溫(3000℃)處理的MCMB相比,750℃熱處理后的MCMB電化學(xué)性能最優(yōu),這是因為它未完全失氫和適中的石墨化程度。報道稱其比容量達750mAh/g,為石墨理論比容量372mAh/g(NaC6)的兩倍多;石墨化缺陷則避免了無謂的有機溶劑分解,又是低溫制備,可見,這是一種較為理想的負極材料。
2、鈉離子電池的負極材料之合金
鈉離子電池負極材料的另一類重要材料是鈉合金,其制備是將單質(zhì)鈉與其它金屬按一定比例在惰性氣氛中于合適溫度下熔融,再經(jīng)退火結(jié)晶即可。目前研究較多的是鈉的二元與三元合金,可與鈉制成負極用合金的元素有:Pb,Sn,Bi,Ga,Ce,Si等,選擇這些金屬的原因是:可增加負極材料與電解質(zhì)的相容性,防止在過充電時生成枝晶,增加了安全性,故能延長電池的使用壽命;且它們氫過電位較高,能減少電池的自放電反應(yīng),從而提高電池的貯存性能。合金負極的缺點是降低了比能量,如Nal5Pb4/P2NaxCoO2系統(tǒng)為350Wh/kg,是Na/P2NaxCoO2系統(tǒng)的3/4左右,但其高體積比能量仍然很有吸引力(Nal5Pb4/P2
NaxCo021500Wh/L,與Na/P2 NaxCo021600Wh/I接近)。另外,出于環(huán)??紤],應(yīng)盡量避免使用重金屬(如Pb)作為鈉的合金化元素。有學(xué)者對利用高分子摻雜以改變合金晶型以及提高其比容量作了相應(yīng)的研究。