羰基化合物作为有机电极材料在钠离子电池中的研究进展
基于电化学反应机理的钠离子电池负极材料研究进展
基于电化学反应机理的钠离子电池负极材料研究进展秦红梅【摘要】钠离子电池作为一种新型的储能体系,与比较成熟的锂离子电池体系相比,不仅是元素的变化,更重要的是电化学反应机理的变化.简要分析了钠离子电池的优点,以负极材料的电化学反应机理为基础,归纳概括了近期钠离子负极材料的研究进展,主要分为碳材料、合金类材料、过渡金属氧化物和硫化物及有机化合物四类,并介绍了相应材料的电化学性能,为开发综合性能优异的钠离子负极材料提供理论基础.【期刊名称】《山西化工》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】4页(P29-32)【关键词】钠离子电池;负极材料;电化学反应机理;电化学性能【作者】秦红梅【作者单位】大同市质量技术监督检验测试所,山西大同 037000【正文语种】中文【中图分类】TM911引言锂离子电池作为一种常见的储蓄电池，已经广泛应用在便携式电子设备、电动汽车、智能电网等储能领域[1]。
近年来，大规模储能的应用增加了对锂资源的需求，并且，地球上锂资源有限且开采锂矿有一定难度，因此，锂矿价格持续上涨。
从经济性考虑，锂离子电池在大规模储能应用方面存在弊端，亟需开发能够大规模化应用的储能电池体系。
元素周期表中钠与锂金属同属于碱金属元素，所以钠和锂具有相似的物理化学性质，但是地壳中钠金属原材料储量丰富、便于开采、价格便宜，因此从资源、成本、性能等方面来看，钠离子电池在大规模储能领域具有着更大的竞争优势。
钠离子电池作为一种新型的储能电池体系，各国科研人员对其均进行了深入研究[2]。
1 钠离子电池钠离子电池的研究始于20世70年代末80年代初，与锂离子电池同期，最初科研人员的研究重点在锂离子电池上，如今钠离子电池又重新获得了科研人员的关注[3]。
与锂离子电池相比，钠离子电池具有以下优势：1) 钠盐原材料储量丰富，分布广泛，利于开采，价格便宜；2) 同样浓度电解液，钠盐电导率比锂盐电解液高20%左右，而且能利用分解电势更低的电解质溶剂和电解质盐，电解质的选择范围更宽；3) 锂离子电池中负极采用铝箔作为集流体会形成Li-Al合金，而钠离子不与铝形成合金，可以进一步减少质量，降低成本；4) 钠离子电池无过放电特性，有着相对稳定的电化学性能，安全性能更高。
钠离子电池负极材料
PROGRESS IN CHEMISTRY化学进展DOI :10.7536/PC130919http :// Progress in Chemistry ,2014,26(4):572~581钠离子电池负极材料∗何菡娜 王海燕∗∗ 唐有根 刘又年(中南大学化学化工学院有色金属资源化学教育部重点实验室 长沙410083)摘 要 钠离子电池具有钠资源丰富和成本低廉等特点,吸引了国内外研究者的广泛关注,被认为是今后在规模储能领域可能替代锂离子电池的最佳候选。
近几年钠离子电池的研究相继取得了重要进展,研究体系不断丰富。
本文对钠离子电池负极材料的研究现状进行了详细的综述,重点介绍了碳基材料、合金材料、非金属单质、金属氧化物以及有机化合物等嵌钠性能及可能的嵌钠机理。
探讨了这些材料目前所面临的主要问题及可能的解决策略,并对钠离子电池今后的研究方向和应用前景进行了展望。
关键词 钠离子电池 负极材料 碳基材料 合金 金属氧化物中图分类号:O614.111;TM 912.9 文献标识码:A 文章编号:1005⁃281X(2014)04⁃0572⁃10收稿:2013年9月,收修改稿:2013年11日,网络出版:2014年4月1日 ∗国家自然科学基金项目(No.21301193)和中国博士后基金(No.2013M530356)资助The work was supported by the National Natural Science Foundation of China (No.21301193),and the National Science Foundation for Post⁃doctoral Scientists of China (No.2013M530356)∗∗Corresponding author e⁃mail:wanghy419@Current Studies of Anode Materials for Sodium⁃Ion Battery ∗He Hanna Wang Haiyan ∗∗ Tang Yougen Liu Younian(Key Laboratory of Resources Chemistry of Nonferrous Metals ,Ministry of Education ,School of Chemistry andChemical Engineering ,Central South University ,Changsha 410083,China )Abstract Room⁃temperature rechargeable Na ions batteries have attracted enormous interest due to its low cost and the environmental abundance of the sodium ,which are considered as the best candidate for replacing the Li ion batteries in the large⁃scale electric energy storage.In recent years ,the studies of Na ion batteries have made significant progress and the related components have been enriched.The current researches of anode materials for sodium ion batteries are reviewed in details ,with emphasis on the electrochemical properties and charge⁃discharge mechanisms of carbon⁃based materials ,alloys ,non⁃metal substances ,metal oxides and organic compounds.The main problems of these kinds of anode materials are discussed and the probable strategies are proposed.Then ,the application prospective and the research directions of Na ions batteries in the future are also forecasted.Key words sodium⁃ion battery ;anode material ;carbon⁃based material ;alloys ;metal oxides Contents1 Introduction 2 Carbon⁃based materials 2.1 Graphite2.2 Ungraphitised carbon 3 Metal or alloy materials4 Metal oxides 5 Non⁃metal substance 6 Titanate7 Organic materials 8 Conclusions and outlook何菡娜等:钠离子电池负极材料综述与评论化学进展,2014,26(4):572~581·573 ·1 引言能源的储存和转换已成为制约世界经济可持续发展的重要问题。
浅谈钠离子电池负极材料的研究进展
浅谈钠离子电池负极材料的研究进展摘要：钠离子电池具有资源丰富、成本低、效率高、化学性能稳定等优点，它是能取代锂离子电池的理想替代品。
介绍了钠离子电池负极材料的研究进展，并对各种负极材料的性能进行了评价。
最后展望了钠离子电池负极材料的发展方向。
关键词：钠离子电池；负极材料；研究1钠离子电池的优势钠离子电池因为其丰富的储量以及低廉的成本，近年来，逐渐成为能源领域的研究热点。
钠和锂属于同一主族，周期相邻，物理化学性质与锂相似，如图1所示，且价格低廉、来源广泛，储量丰富,可以通过简单的化学方法就能制成。
并且在使用方面，也比锂离子电池安全的多，电解液的选择也更加广泛。
以钠相关化合物为原料的二次电池系统在成本上具有很大的优势。
所以，钠离子电池有潜力成为下一代大型储能装置。
图1 钠与锂基本性质对比2钠离子电池基本结构及工作原理锂离子电池的结构与钠离子的结构有些相似，钠离子的结构由正负材料、电解质、隔膜和电池外壳组成。
其中，正极材料会选择电压相对较高且化合物稳定的材料，而负极材料会选择与钠离子性质相似的材料。
钠离子电池通常在有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等)中，溶解无机钠盐(NaClO4、NaPF4、NaNO3)作为电解液；隔膜采用玻璃纤维且不容易腐蚀的材料。
所以，正极一般是用铝箔，而负极用的是铜箔。
钠离子电池的能量存储和释放，是在钠离子在正负极材料中，不断的进行嵌入和剥离，因而，被人们所称为“摇椅式电池”。
钠离子电池的工作原理如图2所示。
图2 钠离子电池的工作原理3钠离子电池的介绍3.1水系钠离子电池钠离子电池的工作原理与锂离子电池的工作原理相似。
基于摇椅电池机制，钠离子可逆地嵌入并从正负电极中去除。
在电池充电过程中，钠离子从内部电路的正极分离，并通过电解液进入到负极，而电子从正极移动到外部电路的负极。
放电的过程与充电过程相反，钠离子从负极中脱出，通过电解液移动到正极，电子通过外部电路到达负极。
羰基化合物作为有机电极材料在钠离子电池中的研究进展
羰基化合物作为有机电极材料在钠离子电池中的研究进展朱志文;郭贤慧【摘要】由于钠资源具有储量丰富、成本低廉等优势,钠离子电池已在新型二次电池领域受到了非常大的关注.对羰基化合物有机电极材料的研究进展进行了阐述,并对比分析了有机电极材料的结构设计.【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2019(036)004【总页数】4页(P9-12)【关键词】羰基化合物;钠离子电池;有机电极材料;结构设计【作者】朱志文;郭贤慧【作者单位】多氟多化工股份有限公司,河南焦作 454006;多氟多化工股份有限公司,河南焦作 454006【正文语种】中文【中图分类】TQ1520 前言钠资源广泛分布在地壳和海洋中，具有储量大、成本低等优势[1]。
因此，钠离子电池(SIB)被认为非常有希望应用于大规模电化学储能设备。
由于钠离子和锂离子具有相似的物理化学性能，许多研究者正在努力研究具有嵌钠和脱钠机理的潜在材料。
和无机电极材料相比，有机电极材料表现出了如下几个优点：①制备条件温和；②可直接从天然材料或其衍生物中获取有机电极材料；③理论容量高，远高于无机电极材料(NaFePO4的容量154 mA/h·g-1，Na3V2(PO)4的容量为117mA/h·g-1)。
1 醌类化合物醌类化合物在非质子电解液中的溶解度较大，从而导致电池容量迅速衰减。
而且，电解液中溶解的醌类化合物会在正负极之间进行迁移，从而造成穿梭效应和低库仑效率。
为了解决该问题，通常采用以下解决方案：引入吸附性较强的碳材料；优化电解液组分以增加其黏度；制备极性较大的盐类；增加聚合物相对分子质量[2-5]。
几种常见醌类化合物的结构如下[6]：许多研究人员通过将醌类化合物与碳材料复合起来，以显著提升有机电极材料的导电性。
通常采用的碳材料有介孔碳、石墨烯和碳纳米管等材料。
WANG等[7]从天然有机物中提取了一种胡桃醌，并将其与石墨烯复合起来，从而制备了一种胡桃醌/石墨烯复合材料(如图1所示)。
高性能钠离子电池负极材料的研究进展
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2019年第38卷第5期高性能钠离子电池负极材料的研究进展朱子翼，张英杰，董鹏，孟奇，曾晓苑，章艳佳，吉金梅，和秋谷，黎永泰，李雪（昆明理工大学锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室，云南省先进电池材料重点实验室，云南昆明650093）摘要：负极材料的研究是钠离子电池实现商业化生产的关键要素之一，近年来已经取得了突破性进展。
但是较大半径的钠离子在嵌/脱过程中对负极材料结构的影响非常大，进而导致可逆容量迅速降低。
本文系统综述了钠离子电池负极材料的最新研究成果，阐述了碳基材料、钛基化合物、合金材料、金属化合物和有机化合物5类负极材料的制备工艺，并分析了这些材料的性能特点：碳基材料的研发技术成熟，但比容量和倍率性能有待提高；钛基化合物的结构性能良好，倍率性能出色，但存在比容量较低的缺点；合金材料和金属化合物都具有较高的理论比容量，但循环性能较差；有机化合物的研发尚处于起步阶段，有待深入研究。
基于现有的研究基础，总结了材料的改性方法和取得的效果，并展望了钠离子电池负极材料的研究方向，分析指出表面碳包覆可以提升材料的电子传导性，纳米结构可以缩短钠离子的传输途径，多孔形貌有利于电解质对材料的浸润，而元素掺杂可以提升材料的反应活性，最终获得高性能钠离子电池负极材料。
关键词：碳基材料；钛基化合物；合金材料；金属化合物；有机化合物中图分类号：TM911文献标志码：A文章编号：1000-6613（2019）05-2222-11Research progress of anode materials for high performance sodium-ionbatteriesZHU Ziyi ，ZHANG Yingjie ，DONG Peng ，MENG Qi ，ZENG Xiaoyuan ，ZHANG Yanjia ，JI Jinmei ，HE Qiugu ，LI Yongtai ，LI Xue(Key Laboratory of Advanced Battery Materials of Yunnan Province,National and Local Joint Engineering Laboratory for Lithium-ion Batteries and Materials Preparation Technology,Kunming University of Science and Technology ，Kunming650093，Yunnan ，China)Abstract:Anode materials is one of the key factors for the commercialization of sodium-ion batteries(SIBs),and the related in-depth research in recent years has led to some breakthrough.However,the large radius of sodium-ion has a great impact on the battery performance.This article systematically reviews the new results of anode materials for SIBs in the preparation and performance characteristics,covering carbon-based materials,titanium-based compounds,alloy materials,metal compounds and organic compounds and the focus is on the structure-performance relationship.The key issues and strategies related to the research and development of SIBs anode materials are highlighted.In addition,the perspective and new directions of SIBs are briefly outlined.It is necessary to develop new综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1506收稿日期：2018-07-22；修改稿日期：2019-01-11。
cofs材料在电池领域应用相关研究
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钠电池领域的研究综述
掺杂、涂层和纳米化是提高这些材料性能的主要策略
•固有的低导电性导致性能较差
非晶态TiO2
•在导电衬底(如Cu或Ti)上生长纳米的TiO2，缩短了扩散路径，提高电子导电性。
•三维开放结构，易于加工，但低电子效率的差的电导率
锐钛矿型TiO2 合金材料
•一般采用改变形貌、异质原子掺杂和碳包覆 •较高的容量，膨胀导致库伦效率低，循环性能差 •功率密度大
碳基材料
•低成本，高性能 •储能能力低 •良好的循环稳定性，但容量低
钛基材料
•低的氧化还原反应，低成本，结构稳定，无毒 •较高的容量，膨胀导致库伦效率低，循环性能差
合金材料
•功率密度大
•较小的原子量和较强的锂离子嵌入能力，安全的工作电压
硫系材料
•要抑制钠离子嵌脱过程中材料的体积膨胀
• 氧化还原电位调节范围宽，可发生多电子反应
有机材料
•化合物种类繁多，含量丰富；具有柔性结构
一. 碳基材料
天然石墨
石墨类
人造石墨
改性石墨
碳基材料
硬碳
焦炭
无定型碳 材料
软碳
中间相碳微球
碳纤维，PAS
具有较高的≈300 mAh g−1的 容量和优异的循环性能
树脂
NIBs碳质负极材料常用前驱体的主要性能：原料价格、碳 产量、生产价格、负材料性能、价格/性能比
钠离子电池负极材料研究进展
钠离子电池负极材料研究进展20世纪70年代，钠离子电池和锂离子电池几乎被同时开展研究，后来由于锂离子电池的成功商业化推广，钠离子电池的研究有所停滞。
直到2010年后，随着对可再生能源利用的大量需求以及对大规模储能技术的迫切需要，钠离子电池再次迎来了它的发展黄金期。
钠离子电池的原理与锂离子电池类似，同属于“摇椅式电池”，同样由正极、电解液、隔膜和负极组成。
其负极材料根据储钠机理同样可以分为嵌入反应材料、转换反应材料、合金反应材料。
一、嵌入反应材料嵌入反应材料主要为碳基材料，包括石墨、纳米碳材料、软碳和硬碳材料等。
二、石墨类负极材料石墨是已经商业化的锂离子电池负极材料，然而相对于Na+的离子半径而言，石墨的层间距显得过小，以至于Na+难以嵌入石墨层间，即使成功嵌入以后Na+在其层间的迁移也十分困难。
更严重的是，Na+与石墨反应后生成NaC64化合物，对应的可逆容量大约只有35mAh/g。
为了解决上述问题，研究人员试图增大石墨的层间距，以便Na+可以轻松嵌入石墨层间。
他们通过对石墨进行氧化处理后得到膨胀石墨，并用作钠离子电池的负极材料。
由此发现，膨胀石墨表现出较好的储钠性能和循环稳定性（2000次循环以后容量保持在184mAh/g）。
钠离子在膨胀石墨材料中的存储模型（来源：蔡旭萍等，《钠离子电池碳基负极材料研究进展》）三、软碳／硬碳类负极材料硬碳和软碳材料被认为是最具有潜力的钠离子电池负极材料。
该类材料不具备石墨化的结构特征，其石墨微晶自由取向，即结构上短程有序、长程无序。
同时，结构内部含有大量的缺陷，十分有利于储存离子半径较大的Na+，因此其储钠容量比石墨大很多。
此外，使用软碳和硬碳构筑复合材料也是目前重要的发展方向之一。
石墨烯、硬炭、软炭和石墨示意图（来源：蔡旭萍等，《钠离子电池碳基负极材料研究进展》）四、新型纳米碳材料自20世纪60年代以来，包括碳纳米管、石墨烯等新型碳材料被开发出来。
碳纳米管具有独特的一维度管状结构，且具有很大的长径比；石墨烯（氧化还原石墨烯）具有超薄的二维片层结构，有利于缓和在充放电过程中的体积变化。
钠离子电池金属氧化物负极材料
一、概述钠离子电池作为一种新型的能源储存设备，具有成本低、资源丰富等优势，已经受到广泛关注。
金属氧化物作为钠离子电池的负极材料之一，具有较高的钠离子储存能力，对于钠离子电池的性能具有重要影响。
本文主要讨论钠离子电池金属氧化物负极材料的研究现状及发展趋势。
二、钠离子电池金属氧化物负极材料的研究现状1. 碳基材料碳基材料作为一种优良的电化学负极材料，其导电性能和稳定性较好，已经成为钠离子电池负极材料的研究热点。
通过掺杂或调控碳基材料的结构，可以有效提高其钠离子储存性能。
2. 金属氧化物金属氧化物具有较高的理论储钠容量和较好的结构稳定性，因此在钠离子电池中具有广泛的应用前景。
目前，钛酸钠、锰氧化物、钒氧化物等金属氧化物负极材料的研究较为深入，取得了一定的进展。
三、钠离子电池金属氧化物负极材料的性能提升策略1. 结构调控通过合成方法和工艺优化，调控金属氧化物的晶格结构和形貌，可以有效提高其导电性能和离子扩散速率，从而提高钠离子储存性能。
2. 杂质掺杂通过掺杂合适的杂质元素，可以改变金属氧化物的电子结构和晶格稳定性，提高其钠离子储存的动力学性能。
3. 纳米化将金属氧化物材料制备成纳米级粒径，可以增加其比表面积，提高其钠离子储存的活性位点，从而提高电池的性能。
四、钠离子电池金属氧化物负极材料的发展趋势1. 复合材料将金属氧化物与碳基材料等复合，可以充分发挥两者的优势，进一步提高钠离子电池的能量密度和循环寿命。
2. 多功能材料研发具有多功能性能的金属氧化物材料，如兼具钠离子储存和催化氧化还原性能的材料，可以拓展钠离子电池的应用领域。
3. 理论计算结合第一性原理计算和材料模拟技术，预测和设计新型金属氧化物材料的结构和性能，加快新材料的开发和应用。
五、结论钠离子电池金属氧化物负极材料的研究仍处于探索阶段，但已经取得了诸多进展。
未来在结构调控、材料设计和合成方法等方面的不断创新将进一步提高钠离子电池的性能和稳定性，推动钠离子电池在能源储存领域的应用。
浅析钠离子电池碳基负极材料的研究进展
研究[J].新型炭材料,2017,32(3):227-233. [2] 宋怡楠,马志广,王静,等.硬炭作为钠离子炭负极材料的研究[J].
电源技术,2015,39(6):1158-1161. [3] Zhang N, Liu Q, Chen W, et al. High capacity hard carbon derived
1.2 软碳 软碳是指高温下可被石墨化的碳材料，通常由热解芳香 族化合物或聚合物，如煤沥青、石油沥青等制备得到，其具有 比石墨更高的储钠活性，软碳在反应过程中容易发生膨胀，导 致极化进而降低电池容量，通常采用杂原子掺杂扩大层与层之 间的间距、制备多孔软碳的方式以解决上述存在的问题。Hao 等人采用煤油沥青作为软碳前驱体，通过模板法和氨气处理制 得了氮掺杂多孔碳纳米片，氮掺杂多孔碳纳米片具有较大的层
2 展望 钠离子电池是近年来储能电池技术领域研究的热点之一，
由于碳基材料具有碳基材料具有来源丰富、价格低廉、热稳定 性高、结构可控、电化学活性高等优点，是目前最具潜力的钠 离子电池用负极材料，石墨基碳、软碳和硬碳了提高各类碳基材料的性能 以更适用于在钠离子电池中的应用，目前需要对常用的碳基材 料进行改性处理，另外，我国是一个生物质较为丰富的国家， 发掘出合适的生物质前驱体以制备碳基材料进而实现大规模生 产是重要的发展方向。
from lotus stem as anode for sodium ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2018(378): 331-337.
间距、较高的比表面积、较高的导电性，缩短了钠离子的扩散 距离，增强了钠离子存储能力，且展现出优异的电化学性能。 董伟等人以石油沥青为原料，在氮气保护下采用高温热解的方 法制备了沥青热解炭负极材料。结果表明，沥青热解炭首次 放电容量为79.2mAh/g。20次循环以后沥青热解炭容量保持率 68.2%，循环伏安分析表明，沥青热解炭在低电位下的不可逆 还原峰的出现电位更低。
钠离子电池电极材料研究进展
钠离⼦电池电极材料研究进展⽂/张宁刘永畅陈程成陶占良陈军，南开⼤学化学学院天津化学化⼯协同创新中⼼，转⾃：能源情报早在20世纪80年代，钠离⼦电池(Sodiumionbatteries,SIBs)和锂离⼦电池同时得到研究，随着锂离⼦电池成功商业化，钠离⼦电池的研究逐渐放缓。
钠与锂属于同⼀主族，具有相似的理化性质(表1)，电池充放电原理基本⼀致(图1)。
充电时，Na 从正极材料(以NaMnO2为例)中脱出，经过电解液嵌⼊负极材料(以硬碳为例)，同时电⼦通过外电路转移到负极，保持电荷平衡；放电时则相反。
与锂离⼦电池相⽐，钠离⼦电池具有以下特点：钠资源丰富，约占地壳元素储量的2.64%，⽽且价格低廉，分布⼴泛。
然⽽，钠离⼦质量较重且半径(0.102nm)⽐锂(0.069nm)⼤，这会导致Na 在电极材料中脱嵌缓慢，影响电池的循环和倍率性能。
同时，Na /Na电对的标准电极电位(-2.71VvsSHE)⽐Li /Li⾼约0.3V(-3.04VvsSHE)，因此，对于常规的电极材料来说，钠离⼦电池的能量密度低于锂离⼦电池。
锂离⼦电池作为⾼效的储能器件在便携式电⼦市场已得到了⼴泛应⽤，并向电动汽车、智能电⽹和可再⽣能源⼤规模储能体系扩展。
从⼤规模储能的应⽤需求来看，理想的⼆次电池除具有适宜的电化学性能外，还必须兼顾资源丰富、价格廉价等社会经济效益指标。
最近，⼆次电池在对能量密度和体积要求不⾼的智能电⽹和可再⽣能源等⼤规模储能的应⽤，使得钠离⼦电池再次得到⼈们密切关注。
根据钠离⼦电池的充放电原理可以看出，电极材料是钠离⼦电池技术的关键，只有研发出适于钠离⼦稳定脱嵌的正负极材料，才能推进钠离⼦电池的实⽤化。
图2给出了钠离⼦电池正负极电极材料的理论容量和电压关系图，正极材料主要包括层状材料和聚阴离⼦材料等；负极材料主要包括嵌⼊类材料(碳材料等)、合⾦类材料(Sn，Sb，P等)和转化类材料(⾦属氧化物/硫化物)等。
钠离子电池硬碳负极材料研究进展
摘要随着高性能电极材料的开发和储钠机理的研究，钠离子电池的电化学性能得到极大的提升。
硬碳作为公认的最成熟和最具商业化潜质的负极材料，仍面临着首次库仑效率低、倍率性能较差等问题。
同时，科研人员投入巨大精力深入研究硬碳储钠机理，探索提高性能和降低成本的合成方法。
但对于储钠机理仍存在分歧，尤其对低压平台区的储钠机制有较大争议。
本工作通过对近期文献的综合分析，基于硬碳材料的嵌入、吸附及纳米孔填充三种不同储钠过程，着重介绍了“嵌入-吸附”“吸附-嵌入”和其他多种形式的复合储钠机理。
随后，在深入了解硬碳材料储钠机理的基础上，分析了比表面积、孔隙、缺陷、层间距和官能团等对硬碳负极材料倍率性能和首次库仑效率的影响。
同时介绍了结构优化和涂覆涂层方法表面改性对改善硬碳负极材料倍率性能和首次库仑效率的影响。
为了促进硬碳的实际应用，阐述了电解质优化对ICE膜性能改善及倍率性能的影响。
综合分析表明，硬碳材料改性及电解液优化，有望同时实现高倍率性能、高首次库仑效率和循环稳定性。
关键词钠离子电池；硬碳；负极材料；首次库仑效率；倍率性能；储钠机理20世纪七八十年代，锂离子电池因其优异的电化学性质而迅速实现其商业化。
但锂资源有限且在世界范围内分布不均，限制其发展。
尤其锂资源在我国储存量少且需求量不断增加，无论是市场还是国家层面都亟需锂离子电池替代品的出现。
钠与锂为同一主族元素，有相似的物理化学性质，且钠地壳丰度(2.74%)比锂(0.0065%)高420多倍，分布广泛、价格低廉，因此钠离子电池成为锂离子电池的补充替代品进而得到研究人员的关注。
钠离子电池因与锂离子电池具有相似的物理化学性质、较低的成本、更高的安全性而成为锂离子电池优异的替代品。
电池材料与其工作电压、循环性能、能量密度、倍率性能等密切相关，而离子半径存在较大的差异性，使得在锂离子电池中广泛应用的石墨负极材料无法在钠离子电池中得到沿用，因此高能量密度材料的开发显得尤为重要。
钠离子电池用生物质基硬碳的研究进展
第41卷2024 年 4 月应用化学CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY第4期496‐511钠离子电池用生物质基硬碳的研究进展吴芮瑶1，2欧阳丹丹2艾礼莉1刘岸杰1朱慧2高晓鑫3*殷娇2*1（新疆大学化学学院，乌鲁木齐 830046）2（中国科学院新疆理化技术研究所，乌鲁木齐 830011）3（新疆维吾尔自治区科技发展战略研究院，乌鲁木齐 830011）摘要生物质基硬碳具有原材料资源丰富、可持续、成本低和储钠容量高等特点，是钠离子电池的理想负极材料。
生物质基硬碳材料的微结构是决定钠离子存储性能的关键。
本综述回顾了硬碳负极对钠离子存储机理的研究现状。
从生物质原料的角度，分类总结了高性能生物质基硬碳材料的制备方法。
探讨了生物质基硬碳结构的调控与钠离子存储性能提升的关系，对钠离子电池用生物质基硬碳负极材料的研究方向进行了展望。
关键词硬碳；生物质；钠离子电池；负极材料中图分类号：O646 文献标识码：A 文章编号：1000-0518（2024）04-0496-16能源是经济社会持续发展的重要物质基础，也是协同推进减污降碳的主战场。
进入21世纪以来，随着天然气、石油和煤炭等化石能源的过度开采和消耗，自然资源的枯竭和能源争夺问题不断涌现。
化石燃料燃烧产生的CO2、SO2等气体造成环境污染和温室效应不断加剧［1-2］。
在能源安全新战略指引下，建设多元可再生清洁的能源供应体系，开发高性价比、高安全性和环境友好的电化学储能系统是实现能源转型的关键。
锂离子电池（Lithium-ion battery， LIB）具有较高的能量密度，在便携式电子设备和新能源汽车中得到了广泛应用。
然而，锂资源匮乏、分布不均和成本高等特点阻碍了锂离子电池在低成本、大规模储能方面的广泛应用［3-4］。
钠离子电池（Sodium-ion battery， SIB）的原材料元素丰度高（钠元素丰度2.74%，是锂元素丰度（0.0065%）的420倍）［5-6］、分布均匀和成本低，其具有同锂离子电池相似的工作机制和制造工艺，是很具前景的规模化电化学储能方案［7-9］。
钠离子电池正极材料研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第8期·3056·化 工 进展钠离子电池正极材料研究进展王勇1，刘雯1，郭瑞1，罗英2，解晶莹1，2（1上海空间电源研究所空间电源技术国家重点实验室，上海 200245；2上海动力储能电池系统工程技术有限公司，上海 200241）摘要：钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，却有着更低的成本和更高的安全性。
在钠离子电池中，正极材料的研究尤为重要。
本文对现有的钠离子电池正极材料进行了系统性的归纳，首先介绍了各类正极材料的结构和电化学特性，基于此分析目前钠离子电池正极材料面临的两个主要制约因素：一是钠离子半径大，充放电过程中对材料结构的影响大，导致容量衰减迅速；二是动力学过程慢，导致其倍率性能差。
在此基础上归纳了现有的各类钠离子电池正极材料的改性方法如掺杂、包覆等。
总结了材料改性及改善材料电化学性能的方法以及应用在现有材料中时所获得的效果，基于此为未来的钠离子电池正极材料及其改性研究提供了基础。
关键词：储能；钠离子电池；正极材料；低成本中图分类号：O646.21 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–3056–11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1761Recent development of cathode materials for sodium-ion batteriesWANG Yong 1, LIU Wen 1, GUO Rui 1, LUO Ying 2, XIE Jingying 1, 2（1State Key Laboratory of Space Power-Sources Technology, Shanghai Institute of Space Power-Sources, Shanghai200245, China; 2Shanghai Power & Energy Storage Battery System Engineering Tech. Co., Ltd.,Shanghai 200241, China ）Abstract ：Considerable attention on next generation rechargeable battery has been attracted bysodium-ion batteries （SIB ）, due to the similar working mechanism and electrochemistrical properties to lithium-ion batteries. In this paper, review of cathode materials of SIB has been made. Typical properties of different cathode materials were introduced firstly. Two major deficiencies of large ionic radius and slow diffusion velocity were pointed out. On the one hand, sodium ion owned larger ion radius, which will cause structural wreck during cycling. On the other hand, larger ion radius may cause a slower kinetics, which will indicate a poor rate performance. Then, different modification methods and their performance in application was reviewed. This review provides a foundation for future investigation of the cathode materials of sodium-ion batteries.Key words ：energy storage system; sodium-ion battery; cathode material; low-cost随着科学技术的不断更新和发展，人们的生活水平日益提高，对能源的消耗也随之剧增。
羰基化合物有机电极材料在新型电池体系中的应用基础研究
华中科技大学硕士学位论文摘要发展先进的能源转换与存储技术是实现能源与环境可持续发展的重要支撑。
由于具有资源和成本的优势，钠离子电池和钾离子电池是有望应用于大规模储能领域的新型电池体系。
但是，由于钠离子和钾离子半径较大，储钠（钾）材料的选择更加困难。
柔性的有机电极材料对阳离子半径的限制较小，且具有结构多样性、成本低廉以及环境友好等优点，被认为是极具发展前景的钠（钾）离子电池电极材料之一。
其中，羰基类有机电极材料的理论比容量高、氧化还原反应可逆好，近年来备受关注。
但是，小分子羰基化合物在电解液中的溶解问题限制了其大规模实际应用。
本论文研究了羰基类有机电极材料在钠离子电池和钾离子电池中的电化学性能，通过将小分子羰基化合物进行聚合以及引入吸电子官能团等方法，有效提升了电极材料的比容量、循环稳定性和工作电压。
主要结论如下：1. 探究了小分子羰基化合物3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA) 在钠离子电池中的电化学性能。
在0.01-3.5V (vs. Na+/Na) 的电压区间内，PTCDA的首周放电比容量达到637.9 mAh g-1，但是衰减很快。
通过对其充放电机理的初步研究，PTCDA的氧化还原反应主要发生在0.6-3.5V（C=O的烯醇化反应）和0.01-0.6V（Na+在共轭苯环中的嵌脱）。
将电压区间缩短至1.5-3.5V，PTCDA表现出良好的循环性能，经过200周循环后，容量保持率为89%，其倍率性能也十分优异。
当PTCDA作为钾离子电池正极材料时，可逆比容量为123.7 mAh g-1 ，然而仍然存在一定的溶解问题，导致循环性能较差。
2. 为了改善PTCDA在电解液中的溶解问题，我们将PTCDA与2,6-二氨基蒽醌(26DAAQ)通过缩聚反应得到了一种多活性中心聚酰亚胺材料PI，并测试了它作为钠离子电池正极材料的电化学性能。
PI的首周放电比容量达到146.7 mAh g-1，经过300周循环后，仍保持有128 mAh g-1，循环性能优异。
《钠离子电池负极及负极补钠剂研究》范文
《钠离子电池负极及负极补钠剂研究》篇一摘要：随着新能源及绿色能源的发展，能源储存问题越来越受到关注。
钠离子电池以其成本低廉、环保安全等优势成为一种备受关注的能源储存技术。
本文主要研究钠离子电池负极材料及其负极补钠剂的研究进展，以期为未来钠离子电池的研发与应用提供参考。
一、引言随着电动汽车、可再生能源等领域的快速发展，对能源储存技术的需求日益增长。
钠离子电池以其成本低廉、环境友好、高能量密度等优点成为最具潜力的能源储存技术之一。
在钠离子电池中，负极材料及负极补钠剂的研究对于提高电池性能至关重要。
二、钠离子电池负极材料研究负极材料是钠离子电池的重要组成部分，其性能直接影响着电池的充放电性能、循环寿命等。
目前，常用的钠离子电池负极材料包括碳基材料、合金类材料、氧化物材料等。
1. 碳基材料碳基材料因其高导电性、高比容量等优点被广泛应用于钠离子电池负极。
碳基材料的改性方法包括掺杂、纳米化等，可有效提高其电化学性能。
此外，新型碳基材料如石墨烯、碳纳米管等也备受关注。
2. 合金类材料合金类材料因其高比容量和良好的循环性能受到关注。
目前，硅基合金和锡基合金是研究热点。
然而，这些材料在充放电过程中存在较大的体积效应，导致电极结构不稳定，限制了其应用。
因此，研究如何提高合金类材料的结构稳定性成为重要研究方向。
3. 氧化物材料氧化物材料具有较高的理论比容量，但其在充放电过程中存在容量衰减和充放电速率慢等问题。
为解决这些问题，研究者们通过纳米化、掺杂等方法对氧化物材料进行改性，以提高其电化学性能。
三、负极补钠剂研究负极补钠剂在钠离子电池中起着关键作用，可以有效改善负极的充放电性能和循环寿命。
目前，常见的负极补钠剂包括电解质添加剂和固相添加剂等。
1. 电解质添加剂电解质添加剂可以通过改善电解液与负极的界面性质，提高电池的充放电性能和循环稳定性。
研究表明，适当的电解质添加剂可以减少电极在充放电过程中的极化现象，提高电池的库伦效率。
《基于羰基的多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用》范文
《基于羰基的多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用》篇一一、引言随着科技的发展，能源存储技术已成为现代社会不可或缺的一部分。
锂离子电池因其高能量密度、长寿命和环保特性，在电动汽车、便携式电子设备等领域得到了广泛应用。
在锂离子电池的研发中，正极材料起着关键作用，其性能直接影响着电池的整体性能。
近年来，基于羰基的多孔有机聚合物因其独特的结构和性质，在锂离子电池正极材料领域展现出巨大的应用潜力。
本文将探讨基于羰基的多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用。
二、羰基多孔有机聚合物的结构与性质羰基多孔有机聚合物是一类具有高度多孔性和大比表面积的聚合物材料。
其独特的结构特点使其具有良好的化学稳定性和热稳定性。
羰基基团的存在使得该类聚合物具有较高的电导率和良好的离子传输性能，这为其在锂离子电池中的应用提供了良好的基础。
三、羰基多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用1. 正极材料：羰基多孔有机聚合物因其大比表面积和良好的电导率，可作为一种优秀的锂离子电池正极材料。
其羰基基团能与锂离子发生可逆的氧化还原反应，从而储存和释放能量。
通过合理设计聚合物的结构，可以进一步提高其电化学性能，提高锂离子电池的能量密度和循环稳定性。
2. 电解质添加剂：羰基多孔有机聚合物还可作为锂离子电池电解质添加剂，通过改善电解质的润湿性和离子传输性能，提高电池的充放电性能和安全性。
此外，其多孔结构还能吸附电解液，提高电解液的利用率。
3. 固态电解质：固态电解质具有较高的安全性和较长的循环寿命，是锂离子电池的重要研究方向。
羰基多孔有机聚合物可作为一种固态电解质的候选材料，其羰基基团能与锂离子形成稳定的化合物，提高固态电解质的离子传输性能。
四、研究进展与展望近年来，关于羰基多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用研究取得了显著进展。
科研人员通过调整聚合物的结构、优化合成工艺等方法，提高了其电化学性能。
然而，仍存在一些挑战需要克服，如提高材料的循环稳定性、降低生产成本等。
河北省高考化学有机合成与推断题说明(讲义)(1)
2023年河北省高考化学有机合成与推断题说明 （2023年河北，18）．2，5二羟基对苯二甲酸()DHTA 是一种重要的化工原料，广泛用于合成高性能有机颜料及光敏聚合物；作为钠离子电池的正、负电极材料也表现出优异的性能。
利用生物质资源合成DHTA 的路线如下： 已知：222)H /H O1)NaNH +→ 回答下列问题：(1)A B →的反应类型为 。
(2)C 的结构简式为 。
(3)D 的化学名称为 。
(4)G H →的化学方程式为 。
(5)写出一种能同时满足下列条件的G 的同分异构体的结构简式 。
(a)核磁共振氢谱有两组峰，且峰面积比为3:2；(b)红外光谱中存在C=O 吸收峰，但没有O H -吸收峰；(c)可与NaOH 水溶液反应，反应液酸化后可与3FeCl 溶液发生显色反应。
(6)阿伏苯宗是防晒霜的添加剂之一。
试以碘甲烷()3CH I 、对羟基苯乙酮()和对叔丁基甲苯[]为原料，设计阿伏苯宗的合成路线 。
(无机试剂和三个碳以下的有机试剂任选) 考查目标有机合成是最具创造性的学科领域之一，其魅力在于不断合成新分子，创造新物质，为生命及材料科学的创新发展奠定物质基础，是有机化学的核心。
本题以2,5二羟基对苯二甲酸(DHTA)及阿伏苯宗的合成为情境，考查考生对有机化合物命名、结构确定、官能团性质、基本有机反应等基础知识的掌握和运用，同时考查获取信息、分析问题、解决问题的能力，测试考生证据推理与模型认知、科学探究与创新意识的化学学科核心素养的发展水平。
试题分析2,5二羟基对苯二甲酸（DHTA ）的合成路线：(1)本问考查考生对有机反应类型的掌握。
根据反应物A 及产物B 的结构及反应条件等信息，在催化剂存在下，反应物A 中的碳碳双键与H 2发生加成反应，形成碳碳单键，生成产物B 。
因此A→B 为碳碳双键的催化加氢反应，属于加成反应。
另一方面，根据有机化学对氧化还原反应的理解，加氢或失氧的反应为还原反应，失氢或加氧的反应为氧化反应，则该反应属于还原反应。
钠离子电池研究进展
钠离子电池研究进展一、本文概述随着全球能源需求的持续增长，以及对环境保护和可持续发展的日益关注，高效、环保、可再生的能源存储技术已成为当前研究的热点。
其中，钠离子电池作为一种新型的二次电池，凭借其原料丰富、成本低廉、环境友好等优势，近年来受到了广泛的关注。
本文旨在综述钠离子电池的研究进展，包括其基本原理、材料体系、制造工艺以及应用前景等方面的内容，以期为钠离子电池的进一步研究和应用提供参考和借鉴。
通过深入了解钠离子电池的研究现状和发展趋势，我们有望为未来的能源存储技术找到更加环保、经济、高效的解决方案。
二、钠离子电池的基本原理与结构钠离子电池（Sodium-ion Batteries，SIBs）是一种新型的可充电电池技术，其基本原理与已广泛应用的锂离子电池（LIBs）相似，主要区别在于阳离子从锂变为钠。
钠离子电池的核心组成部分包括正极、负极、电解质以及隔膜。
正极材料：正极是钠离子电池的重要组成部分，其性能直接影响电池的能量密度和循环寿命。
目前，研究者们已经开发出多种适用于钠离子电池的正极材料，如层状氧化物（如NaCoO₂、NaMnO₂等）、聚阴离子型化合物（如NaFePO₄、Na₃V₂(PO₄)₃等）以及普鲁士蓝类似物等。
这些材料具有高的钠离子存储容量和良好的结构稳定性，使得钠离子电池具有较高的能量密度和循环稳定性。
负极材料：负极材料在钠离子电池中同样扮演着关键角色。
目前，碳基材料（如硬碳、石墨等）是最常用的钠离子电池负极材料，它们具有较高的比容量和良好的循环性能。
研究者们还在探索其他新型负极材料，如金属氧化物、硫化物和合金等，以进一步提高钠离子电池的性能。
电解质：电解质是钠离子电池中连接正负极的关键部分，负责离子的传输。
常用的电解质包括有机液体电解质、无机固体电解质和聚合物电解质等。
这些电解质需要具有良好的离子导电性、化学稳定性和机械强度，以确保电池的安全性和性能。
隔膜：隔膜位于正负极之间，用于防止电池内部短路。
《基于羰基的多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用》范文
《基于羰基的多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用》篇一一、引言随着社会对可再生能源的依赖性日益增强，能源存储技术特别是锂离子电池（LIBs）的研究显得尤为重要。
多孔有机聚合物（POPs）作为一类新型的电极材料，在锂离子电池中有着广泛的应用前景。
羰基作为一种常见的有机官能团，其在多孔有机聚合物中起到了关键的作用，对于提升锂离子电池的电化学性能有着重要的影响。
本文将重点探讨基于羰基的多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用。
二、羰基多孔有机聚合物的制备与性质羰基多孔有机聚合物是通过特定的化学反应制备而成，其结构中富含羰基官能团。
这种聚合物具有高比表面积、良好的孔隙结构和优异的化学稳定性，使其成为理想的锂离子电池电极材料。
羰基官能团的存在，不仅提供了丰富的活性位点，还有利于锂离子的嵌入和脱出。
三、羰基多孔有机聚合物在锂离子电池中的应用1. 正极材料羰基多孔有机聚合物可以作为锂离子电池正极材料，其高比表面积和良好的孔隙结构有利于电解液的渗透，提高了电极的离子电导率。
同时，羰基官能团的存在增强了材料与锂离子的反应活性，从而提高了电池的放电容量。
此外，该材料还具有优异的循环稳定性和倍率性能，使得锂离子电池在充放电过程中表现出良好的性能。
2. 负极材料除了作为正极材料，羰基多孔有机聚合物还可以作为锂离子电池的负极材料。
其羰基官能团与锂离子之间的反应为电池提供了额外的容量。
此外，该材料的优良结构有助于缓解锂离子嵌入和脱出过程中的体积效应，从而提高了电极的循环稳定性。
四、羰基多孔有机聚合物的优势与挑战优势：（1）高比表面积和良好的孔隙结构有利于提高电极的离子电导率；（2）羰基官能团提供了丰富的活性位点，有利于锂离子的嵌入和脱出；（3）良好的化学稳定性和循环稳定性，使得电池具有较长的使用寿命。
挑战：（1）如何进一步优化材料的制备工艺，提高材料的电化学性能；（2）如何解决材料在高温和高倍率充放电条件下的性能衰减问题；（3）如何降低材料的成本，以便于大规模生产和应用。
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１ 醌类化合物
醌类化合物在非质子电解液中的溶解度较大ꎬ 从而导致电池容量迅速衰减ꎮ 而且ꎬ电解液中溶解 的醌类化合物会在正负极之间进行迁移ꎬ从而造成 穿梭效应和低库仑效率ꎮ为了解决该问题ꎬ通常采
收稿日期:２０１９ － ０２ － ０６ 作者简介:朱志文(１９７３ － ) ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ从事化工生产及质量管理工作ꎬ电话:１３５９８５００９３０ꎬＥ － ｍａｉｌ:ｚｈｕｚｈｉｗｅｎ１０２２＠ １２６. ｃｏｍꎮ
该材料的初始容量为 ２６８ ｍＡ / ｈ������ｇ － １ ꎮ 电池循 环 １００ 周后ꎬ容量保持率为 ７５％ ꎬ组装电池的能量 密度能达到 ５５７ Ｗｈ������ｋｇ － １ ꎮ 最近ꎬ他又报道了一种 三明治结构的聚丙烯 / 全氟磺酸 / 聚丙烯膜ꎬ该膜可 以防止溶解的醌类化合物在电解质中穿梭至负极ꎮ
第 ４ 期 朱志文等:羰基化合物作为有机电极材料在钠离子电池中的研究进展
������９������
羰基化合物作为有机电极材料在钠离子电池中的研究进展
朱志文 ꎬ 郭贤慧
( 多氟多化工股份有限公司 ꎬ 河南 焦作 ４５４００６)
摘 要:由于钠资源具有储量丰富、成本低廉等优势ꎬ钠离子电池已在新型二次电池领域受到了非常大的关注ꎮ 对
ｔｒｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｃａｒｂｏｎｙｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ꎻ ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ꎻ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ꎻ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ
０ 前言
钠资源广泛分布在地壳和海洋中ꎬ具有储量大、 成本低等优势[１] ꎮ 因此ꎬ钠离子电池( ＳＩＢ) 被认为
通过在醌类化合物结构中引入不同的功能基 团ꎬ可以有效调节有机电极材料的工作电压ꎮ 卤原 子具有强吸电子性能ꎬ可以有效降低最低未占轨道 ( ＬＵＭＯ) 的能量ꎮ 通常ꎬＬＵＭＯ 的能量与还原电压 呈线性关系ꎬ更低的 ＬＵＭＯ 能量可以有效提高还原 电压ꎮ 基于密度函数理论( ＤＦＴ) 进行计算ꎬ氧化还 原电压大小顺序为:Ｃ６ Ｆ４ Ｏ２ > Ｃ６ Ｃｌ４ Ｏ２ > Ｃ６ Ｂｒ４ Ｏ２ > Ｃ６ Ｈ４ Ｏ２ ꎮ 除 了 卤 原 子ꎬ 氰 基 ( ＣＮ ) 和 磺 酸 盐 ( — ＳＯ３ Ｎａ) 也是很常见强吸电子基团ꎮ
Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｓｏｄｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ＺＨＵ Ｚｈｉｗｅｎ ꎬ ＧＵＯ Ｘｉａｎｈｕｉ
( Ｄｏ － Ｆｌｕｏｒｉｄｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏ. Ｌｔｄ ꎬ Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４００６ ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｈａｖｅ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ａｂｕｎｄａｎｔ ｒｅｓｅｒｖｅｓ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｓｔꎬｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ
用以下解决方案:引入吸附性较强的碳材料ꎻ优化电 解液组分以增加其黏度ꎻ制备极性较大的盐类ꎻ增加 聚合物相对分子质量[２ －５] ꎮ 几种常见醌类化合物的 结构如下[６] :
非常有希望应用于大规模电化学储能设备ꎮ 由于钠
离子和锂离子具有相似的物理化学性能ꎬ许多研究
者正在努力研究具有嵌钠和脱钠机理的潜在材料ꎮ
羰基化合物有机电极材料的研究进展进行了阐述ꎬ并对比分析了有机电极材料的结构设计ꎮ
关键词:羰基化合物 ꎻ 钠离子电池 ꎻ 有机电极材料 ꎻ 结构设计
中图分类号:ＴＱ１５２ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００３ － ３４６７(２０１９)０４ － ０００９ － ０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎｙｌ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｓ Ｏｒｇａｎｉｃ
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河南化工
Байду номын сангаас
ＨＥＮＡＮ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
２０１９ 年 第 ３６ 卷
许多研究人员通过将醌类化合物与碳材料复合 起来ꎬ以显著提升有机电极材料的导电性ꎮ 通常采 用的碳材料 有 介 孔 碳、 石 墨 烯 和 碳 纳 米 管 等 材 料ꎮ ＷＡＮＧ 等[７] 从天然有机物中提取了一种胡桃醌ꎬ并
将其与石墨烯复合起来ꎬ从而制备了一种胡桃醌 / 石 墨烯复合材料( 如图 １ 所示)ꎮ 该复合材料中的石 墨烯中具有 π － π 共轭结构ꎬ可以有效提高复合材 料的导电性以及抑制电极材料在电解液中的溶解ꎮ
图 １ 胡桃醌 / 石墨烯复合材料示意图
将醌类小分子化合物进行聚合形成相对分子质 量较大的聚合物ꎬ以减小醌类化合物在电解液中的 溶解ꎮ ＳＯＮＧ 等[６] 报道了一类聚( 苯醌基硫化物) 正 极材料ꎬ其结构如下:
将醌类化合物转化为盐类ꎬ以增强无机 － 有机 化合物的极性ꎬ进而降低有机电极材料在电解液中 的溶解性[８] ꎮ 通常选用的盐类取代基是给电子基 团ꎬ因此ꎬ醌盐的工作电压通常会比醌类化合物低ꎮ Ｎａ２ Ｃ５ Ｏ５ 和 Ｎａ２ Ｃ６ Ｏ６ 醌盐在充放电过程中经常会发 生相变ꎬ容易导致有机电极材料的体积变化ꎬ进而使 得电极材料与集流体之间的接触不紧密ꎬ电池容量
ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｎｅｗ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏ￣
ｇｒｅｓｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｙｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｓ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ｅｘｐｌａｉｎｅｄꎬｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃ￣
和无机电极材料相比ꎬ有机电极材料表现出了如下
几个优点:①制备条件温和ꎻ②可直接从天然材料或
其衍生物中获取有机电极材料ꎻ③理论容量高ꎬ远高 于无机电极材料( ＮａＦｅＰＯ４ 的容量 １５４ ｍＡ / ｈ������ｇ － １ ꎬ Ｎａ３ Ｖ２ ( ＰＯ) ４ 的容量为 １１７ ｍＡ / ｈ������ｇ － １ ) ꎮ