钠电池正极材料PPT讲稿
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拉曼o3钠离子电池正极材料_概述说明
拉曼o3钠离子电池正极材料概述说明1. 引言1.1 概述拉曼o3钠离子电池正极材料是一种新型的离子导体材料，具有良好的电化学性能和稳定性。
该材料通过特殊制备方法合成得到，可以被广泛应用于各种能源储存装置中。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行论述。
引言部分对拉曼o3钠离子电池正极材料进行了综述和概述；第二部分探讨了该材料的基本原理、制备方法以及其特性与性能；第三部分总结了目前实验研究进展，包括现有研究成果、关键问题与挑战以及发展趋势与展望；第四部分对该材料的应用前景和推广价值做出了可行性分析、潜在应用领域以及经济和环境效益评估；最后一部分是结论，总结了本文的主要发现，并提出对未来研究方向的建议和期望。
1.3 目的本文旨在系统地介绍拉曼o3钠离子电池正极材料，并通过对其基本原理、制备方法、特性与性能的论述，探讨其在实验研究中的进展以及所面临的挑战。
同时，本文还拟从可行性分析、潜在应用领域和经济环境效益评估等方面探讨该材料的应用前景和推广价值。
最终，通过对主要发现的总结，并提出对未来研究方向的建议和期望，旨在促进拉曼o3钠离子电池正极材料在能源储存领域的应用与发展。
2. 拉曼o3钠离子电池正极材料2.1 基本原理拉曼O3钠离子电池是一种新兴的电池技术，其正极材料起着关键作用。
拉曼O3钠离子电池正极材料主要以过渡金属氧化物为基础，其中最常使用的是镍锰钴氧化物(NMC)和镍钴铝氧化物(NCA)。
这些材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命，适用于大容量、高能量密度的应用。
2.2 制备方法制备拉曼O3钠离子电池正极材料可以通过溶胶-凝胶法、固态反应法、水热合成法等多种方法进行。
其中，溶胶-凝胶法可实现单相结构、均匀分散度和较小颗粒尺寸的正极材料制备。
固态反应法则通过混合金属氢氧化物和相应阳离子盐类，在高温条件下进行反应制备。
2.3 特性与性能拉曼O3钠离子电池正极材料具有多项突出特性和优异性能。
首先，其具有较高的比容量和能量密度，可满足高容量应用的需求。
o3相钠电正极材料__概述说明以及解释
o3相钠电正极材料概述说明以及解释1. 引言1.1 概述:本篇长文旨在探讨和介绍o3相钠电正极材料，该材料在能源领域具有重要的应用潜力。
随着全球对绿色能源的需求不断增长，寻找高性能、低成本的电池材料已成为科学家们的研究焦点。
而o3相钠电正极材料作为一种具有优异性能和良好适应性的新型材料，正在逐渐引起人们的关注。
1.2 文章结构:文章分为五个主要部分。
首先是引言部分，对o3相钠电正极材料进行了概述，并说明了文章的目的。
紧接着是第二部分，详细介绍了o3相钠电正极材料的特点、优势以及应用领域分析。
第三部分解释了它的结晶结构和相变特性，充放电机理，并对最新的电化学性能研究进展进行了阐述。
第四部分则包括实验设计与方法论、实验结果与数据分析以及结果讨论与解读等内容。
最后一部分是结论，总结回顾了研究成果，同时提出了研究的局限性和未来展望，还展望了o3相钠电正极材料在相关领域的应用前景。
1.3 目的:本文的目的是通过对o3相钠电正极材料的概述和解释，全面了解其特点、优势以及应用领域。
同时，通过实验研究与分析，进一步深入探讨其充放电机理和电化学性能，为该材料的应用提供更多理论和实践依据。
最终，希望通过这篇长文能够加深读者对o3相钠电正极材料的认识，并为相关研究工作提供一定的指导和启示。
2. o3相钠电正极材料的概述说明2.1 o3相钠电正极材料介绍：o3相钠电正极材料是一种新兴的正极材料，被广泛应用于钠离子电池中。
它由氧、钠和其他金属元素组成，并具有特殊的晶体结构。
该材料在充放电过程中，能够嵌入/脱嵌钠离子进行反应，实现高容量的能量存储。
2.2 特性及优势：o3相钠电正极材料具有多个突出特点和优势。
首先，它具有较高的理论比容量，使得钠离子电池可以储存更多的能量；其次，这种材料在充放电过程中表现出良好的循环稳定性和长寿命特性；此外，o3相钠电正极材料还具有较高的反应速率和较低的内阻，为快速充放电提供了可能；最后，在产业化方面，该材料协同性好、原材料丰富且廉价可获得。
《钠电池正极材料》课件
优化制备工艺
采用先进的合成方法，如化学气相沉积、溶胶-凝 胶法等，提高材料的纯度和结晶度。
电池设计优化
优化电极结构和电池设计，提高电极的利用率和 能量密度。
钠电池正极材料的发展前景和挑战
发展前景
随着可再生能源和电动汽车市场的不断 扩大，钠电池正极材料的应用前景广阔 。预计未来几年，钠电池正极材料的性 能将得到进一步提升，成本将逐渐降低 。
详细描述
在电解液中通过施加电流使原料发生电化学反应，生成目标正极材料。该方法操作简便、可控制备，适用于制备 一些特殊的正极材料，但适用范围有限，对电解液的要求较高。
03
钠电池正极材料的性能优 化
材料改性
总结词
通过改变材料的化学组成和微观结构 ，提高钠电池正极材料的电化学性能 。
详细描述
通过掺杂、合金化、复合等手段对钠 电池正极材料进行改性，可以显著提 高其电化学性能，包括能量密度、循 环寿命、倍率性能等。
液相法
总结词
通过溶液中的化学反应制备正极材料，可实现分子水平上的混合，但设备成本高 。
详细描述
将原料溶解在溶剂中，通过控制反应条件（如温度、pH值、反应时间等），使 原料发生液相反应，生成目标正极材料。该方法可实现分子水平上的混合，制备 得到的正极材料结构均匀，但设备成本较高，且对溶剂的纯度要求高。
电子转移反应
正极材料中的电子转移反应与钠离子嵌入/脱出反应相耦合。
钠离子扩散机制
钠离子在正极材料中的扩散行为对电化学性能产生重要影响。
电化学性能测试方法
循环伏安法
通过循环伏安曲线测定电 极的氧化还原反应可逆性 。
充放电测试
通过充放电曲线测定电极 的容量、能量密度和功率 密度等性能指标。
采用先进的合成方法，如化学气相沉积、溶胶-凝 胶法等，提高材料的纯度和结晶度。
电池设计优化
优化电极结构和电池设计，提高电极的利用率和 能量密度。
钠电池正极材料的发展前景和挑战
发展前景
随着可再生能源和电动汽车市场的不断 扩大，钠电池正极材料的应用前景广阔 。预计未来几年，钠电池正极材料的性 能将得到进一步提升，成本将逐渐降低 。
详细描述
在电解液中通过施加电流使原料发生电化学反应，生成目标正极材料。该方法操作简便、可控制备，适用于制备 一些特殊的正极材料，但适用范围有限，对电解液的要求较高。
03
钠电池正极材料的性能优 化
材料改性
总结词
通过改变材料的化学组成和微观结构 ，提高钠电池正极材料的电化学性能 。
详细描述
通过掺杂、合金化、复合等手段对钠 电池正极材料进行改性，可以显著提 高其电化学性能，包括能量密度、循 环寿命、倍率性能等。
液相法
总结词
通过溶液中的化学反应制备正极材料，可实现分子水平上的混合，但设备成本高 。
详细描述
将原料溶解在溶剂中，通过控制反应条件（如温度、pH值、反应时间等），使 原料发生液相反应，生成目标正极材料。该方法可实现分子水平上的混合，制备 得到的正极材料结构均匀，但设备成本较高，且对溶剂的纯度要求高。
电子转移反应
正极材料中的电子转移反应与钠离子嵌入/脱出反应相耦合。
钠离子扩散机制
钠离子在正极材料中的扩散行为对电化学性能产生重要影响。
电化学性能测试方法
循环伏安法
通过循环伏安曲线测定电 极的氧化还原反应可逆性 。
充放电测试
通过充放电曲线测定电极 的容量、能量密度和功率 密度等性能指标。
钠离子电池 ppt课件
这类高温钠电池需在高温环境下工作，这将涉及到保 温和能耗问题，大大影响电池的实际性能。
由于以金属钠为负极的钠电池体系存在很大的安全隐患，目前还不能找到有效的解
决之道。因此，研究者提出以可储存钠离子的电极材料代替金属钠，发展钠离子电
池。
钠离子电池
2.关键材料
9
钠离子电池工作原理：与锂离子电池类似，属于“摇椅式电池”，通过钠离子在正负极间的嵌入与 脱嵌，进行充放电循环。其主要的工作原理如下图所示：
2.扫描电镜(SEM)的表征：客观地反映固体试样的表面微观形貌、 颗粒形状及粒度分布、表面成分分布等信息。
3.透射电镜(TEM)的表征：用于分析材料内部的微观组织形貌、相变、 缺陷等有关晶体结构的信息
4.循环伏安(CV)的分析
5.电化学交流阻抗的分析
6.充放电测试：得到电极材料的充放电曲线、比容量、循环性能、 倍率性能、开路电压及极化电压等基本的电化学性能参数
钠离子电池
4.现状与计划
由于钠离子的离子半 径(97pm)比锂离子的 离子半径(68pm)要大， 并且钠单质的比容量 是锂单质比容量的三 分之一还不到，这就 造成了目前研究出的 钠离子正极材料的性 能，电压平台，比容 量，循环性能等都没 有锂离子正极材料好， 如右图所示：
钠离子电池
16
4.现状与计划
聚阴离子型
过渡金属磷酸钠盐 NaMPO4(M=Fe，Co，Ni，Mn，V)
过渡金属氟磷酸钠盐 NaMPO4F(M=Fe，Co，Ni，Mn，V)
钠离子电池
2.关键材料
12
钠钴氧化合物 NaxCoO2
最早被研究的一类储钠正极材料。x的表示钠离子的含量，钠离子含量的不
同，其在 CoO2层间的配位环境就会相应地发生变化。但是研究表明此类材 料的容量不高，循环性能也不尽人意，另外，钴资源短缺，价格昂贵，有
钠离子电池ppt课件
8
钠离子电池研究背景及发展
钠离子电池的研究重点 1.阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择。 2.提高钠离子电池的电动势。 3.降低成本。 4.更高的性能及寿命。 5.环境友好。
9
钠离子电池研究背景及发展
阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择
由于钠位于锂的下一个周期，所以钠拥有比锂更大的半径，大于比锂 的半径大70%，这就导致钠离子在阴极与阳极之间进行嵌入以及脱嵌 要比锂更难。所以电极需要具备的条件有。 1.良好的扩散通道一遍钠离子能够快速转移。 2.拥有较高的嵌钠量，以获得较高的电容量。 3.电极电位受嵌钠量的影响要小。 4.良好的化学稳定性，以保证循环寿命。
化学电源的后起之秀
钠离子电池
1
目录
1.便携化学电源的现状 2.几种常用电池性能的比对 3.钠离子电池研究背景及发展 4.总结
2
便携化学电源的现状
常见便携化学电源的的种类
一次电池
碱性锌锰干电池
锌锰电池 银锌电池
等等。
3
便携化学电源的现状
二次电 池
铅蓄电 池
镍镉电 池
镍氢电 锂离子电
池
池
等等。
4
几种常用电池性能的比对
10
钠离子电池研究背景及发展
几种已经研发出的电极材料
11
钠离子电池研究背景及发展
阳极材料种类 1.氧化物型12来自钠离子电池研究背景及发展
2.聚阴离子型 磷酸盐材料
氟磷酸盐材料
钠超离子导体材料
13
钠离子电池研究背景及发展
阴极材料 碳基阴极材料 钛基阴极材料
生长在不同Ti基体上的TiO2
钠合金阴极材料
14
钠离子电池研究背景及发展
钠离子电池研究背景及发展
钠离子电池的研究重点 1.阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择。 2.提高钠离子电池的电动势。 3.降低成本。 4.更高的性能及寿命。 5.环境友好。
9
钠离子电池研究背景及发展
阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择
由于钠位于锂的下一个周期，所以钠拥有比锂更大的半径，大于比锂 的半径大70%，这就导致钠离子在阴极与阳极之间进行嵌入以及脱嵌 要比锂更难。所以电极需要具备的条件有。 1.良好的扩散通道一遍钠离子能够快速转移。 2.拥有较高的嵌钠量，以获得较高的电容量。 3.电极电位受嵌钠量的影响要小。 4.良好的化学稳定性，以保证循环寿命。
化学电源的后起之秀
钠离子电池
1
目录
1.便携化学电源的现状 2.几种常用电池性能的比对 3.钠离子电池研究背景及发展 4.总结
2
便携化学电源的现状
常见便携化学电源的的种类
一次电池
碱性锌锰干电池
锌锰电池 银锌电池
等等。
3
便携化学电源的现状
二次电 池
铅蓄电 池
镍镉电 池
镍氢电 锂离子电
池
池
等等。
4
几种常用电池性能的比对
10
钠离子电池研究背景及发展
几种已经研发出的电极材料
11
钠离子电池研究背景及发展
阳极材料种类 1.氧化物型12来自钠离子电池研究背景及发展
2.聚阴离子型 磷酸盐材料
氟磷酸盐材料
钠超离子导体材料
13
钠离子电池研究背景及发展
阴极材料 碳基阴极材料 钛基阴极材料
生长在不同Ti基体上的TiO2
钠合金阴极材料
14
钠离子电池研究背景及发展
化学电源的新宠――钠离子电池PPT课件
Mixing Heating Na1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2
实验部分
Na2CO3
结构和形貌的表征
实验部分
球形三元材料前驱体Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3XRD图
结构和形貌的表征
实验部分
前驱体煅烧物SEM图
结构和形貌的表征
实验部分
Na1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2XRD图
层状过渡金属 氧化物NaxMO2 (M=Co、Mn、 Ni, 0<x<1)，
过渡金属氟 化物 MFx
聚阴离子型
化合物 (NaMPO4， NaMPO4F)
2.钠离子电池研究进展
钠离子电池体系的关键技术
在寻找可行的钠离子电池负极材料时，必须考虑以下要求： ① 钠嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属钠的电位，从 而保证电池的输出电压高； ② 钠在主体材料中的可逆嵌入量和充放电效率要尽可能高，以保 证电池具有较高的能量密度； ③ 在钠的脱嵌过程中，主体结构的体积变化应尽可能小，以获得 较好的循环稳定性； ④ 电极材料具有较高的电子电导率和钠离子迁移速率，确保电池 可以进行大电流充放电； ⑤ 与电解液的相容性好，同时具有较高的化学稳定性和热稳定性； ⑥ 价格低廉，原料丰富，对环境无污染，容易制备。
1 引言
本文目录 结构
2钠离子电池研究进展 3 我的工作
4 总结
目录
引言
4
1引言
电化学储能技术的发展背景
能源是支撑整个人类文明进步的物质基础，也是现代社会 发展须臾不可或缺的基本条件。随着社会经济的高速发展，人 类社会对能源的依存度不断提高。据统计，目前世界每年能源 消费总量的70%来源于不可再生的化石燃料(煤、石油、天 气）。
实验部分
Na2CO3
结构和形貌的表征
实验部分
球形三元材料前驱体Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3XRD图
结构和形貌的表征
实验部分
前驱体煅烧物SEM图
结构和形貌的表征
实验部分
Na1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2XRD图
层状过渡金属 氧化物NaxMO2 (M=Co、Mn、 Ni, 0<x<1)，
过渡金属氟 化物 MFx
聚阴离子型
化合物 (NaMPO4， NaMPO4F)
2.钠离子电池研究进展
钠离子电池体系的关键技术
在寻找可行的钠离子电池负极材料时，必须考虑以下要求： ① 钠嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属钠的电位，从 而保证电池的输出电压高； ② 钠在主体材料中的可逆嵌入量和充放电效率要尽可能高，以保 证电池具有较高的能量密度； ③ 在钠的脱嵌过程中，主体结构的体积变化应尽可能小，以获得 较好的循环稳定性； ④ 电极材料具有较高的电子电导率和钠离子迁移速率，确保电池 可以进行大电流充放电； ⑤ 与电解液的相容性好，同时具有较高的化学稳定性和热稳定性； ⑥ 价格低廉，原料丰富，对环境无污染，容易制备。
1 引言
本文目录 结构
2钠离子电池研究进展 3 我的工作
4 总结
目录
引言
4
1引言
电化学储能技术的发展背景
能源是支撑整个人类文明进步的物质基础，也是现代社会 发展须臾不可或缺的基本条件。随着社会经济的高速发展，人 类社会对能源的依存度不断提高。据统计，目前世界每年能源 消费总量的70%来源于不可再生的化石燃料(煤、石油、天 气）。
钠离子电池PPT课件
第8页/共20页
钠离子电池研究背景及发展 • 阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择
• 由于钠位于锂的下一个周期，所以钠拥有比锂更大的半径，大于比锂的半径大70%，这就导致钠离子在阴 极与阳极之间进行嵌入以及脱嵌要比锂更难。所以电极需要具备的条件有。
• 1.良好的扩散通道一遍钠离子能够快速转移。 • 2.拥有较高的嵌钠量，以获得较高的电容量。 • 3.电极电位受嵌钠量的影响要小。 • 4.良好的化学稳定性，以保证循环寿命。
• 钠电池的工作原理 • 与锂离子电池的工作原理类似，钠离子电池同样是一种嵌脱式电池，充电时钠离子从阳极脱嵌进入阴极，
放电时钠离子从阴极进入阳极。外电路电子从负极进入阳极钠离子被还原成钠。
第7页/共20页
钠离子电池研究背景及发展 • 钠离子电池的研究重点
1.阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择。 2.提高钠离子电池的电动势。 3.降低成本。 4.更高的性能及寿命。 5.环境友好。
池
27wh/kg
5%/月
300次 （80%）
几乎没 有
强
第4页/共20页
钠离子电池研究背景及发展
钠离子电池 VS
能量密度 循环次数 5000√ 电势 成本（锂电的1/3）√ 自放电 记忆效应 储量√
锂离子电池
能量密度 循环次数 600× 电势 成本× 自放电 记忆效应 储量×
第5页/共20页
钠离子电池研究背景及发展
各种便携电池性能的比较种类能量密度循环寿命记忆效应85几乎没有与电极材料有关锂离子电150whkg5月80几乎没有镍氢电池70whkg30月较强镍镉电池50whkg20月80很强27whkg5月80几乎没钠离子电池研究背景及发展钠离子电池vs锂离子电池能量密度循环次数5000电势成本锂电的13自放电记忆效应储量能量密度循环次数600电势成本自放电记忆效应储量不锂离子电池的工作原理类似钠离子电池同样是一种嵌脱式电池充电时钠离子从阳极脱嵌迚入阴极放电时钠离子从阴极迚入阳极
钠离子电池研究背景及发展 • 阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择
• 由于钠位于锂的下一个周期，所以钠拥有比锂更大的半径，大于比锂的半径大70%，这就导致钠离子在阴 极与阳极之间进行嵌入以及脱嵌要比锂更难。所以电极需要具备的条件有。
• 1.良好的扩散通道一遍钠离子能够快速转移。 • 2.拥有较高的嵌钠量，以获得较高的电容量。 • 3.电极电位受嵌钠量的影响要小。 • 4.良好的化学稳定性，以保证循环寿命。
• 钠电池的工作原理 • 与锂离子电池的工作原理类似，钠离子电池同样是一种嵌脱式电池，充电时钠离子从阳极脱嵌进入阴极，
放电时钠离子从阴极进入阳极。外电路电子从负极进入阳极钠离子被还原成钠。
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钠离子电池研究背景及发展 • 钠离子电池的研究重点
1.阳极材料、阴极材料及电解液的制备与选择。 2.提高钠离子电池的电动势。 3.降低成本。 4.更高的性能及寿命。 5.环境友好。
池
27wh/kg
5%/月
300次 （80%）
几乎没 有
强
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钠离子电池研究背景及发展
钠离子电池 VS
能量密度 循环次数 5000√ 电势 成本（锂电的1/3）√ 自放电 记忆效应 储量√
锂离子电池
能量密度 循环次数 600× 电势 成本× 自放电 记忆效应 储量×
第5页/共20页
钠离子电池研究背景及发展
各种便携电池性能的比较种类能量密度循环寿命记忆效应85几乎没有与电极材料有关锂离子电150whkg5月80几乎没有镍氢电池70whkg30月较强镍镉电池50whkg20月80很强27whkg5月80几乎没钠离子电池研究背景及发展钠离子电池vs锂离子电池能量密度循环次数5000电势成本锂电的13自放电记忆效应储量能量密度循环次数600电势成本自放电记忆效应储量不锂离子电池的工作原理类似钠离子电池同样是一种嵌脱式电池充电时钠离子从阳极脱嵌迚入阴极放电时钠离子从阴极迚入阳极
钠离子电池ppt课件
辊压
对干燥后的电极片进行辊压， 使其达到所需的厚度和平整度
。
电池组装和封装设备简介
01
02
03
电池组装设备
包括卷绕机、叠片机等， 用于将正负极片、隔膜等 按一定顺序卷绕或叠片成 电池芯。
注液设备
采用真空注液法或非真空 注液法，将电解液注入电 池芯中。
封装设备
包括激光焊接机、热封机 等，用于完成电池芯的密 封和引出极耳的焊接。
特点
高能量密度、长循环寿命、低成 本、环保可持续等。
发展历程及现状
发展历程
钠离子电池的研究始于上世纪80年 代，近年来随着技术的不断进步，其 性能得到了显著提升。
现状
目前，钠离子电池已经实现了商业化 应用，并在储能、电动汽车等领域得 到了广泛应用。
应用领域与前景展望
应用领域
储能系统、电动汽车、移动通信基站等。
钠离子电池ppt课件
• 钠离子电池概述 • 钠离子电池工作原理 • 钠离子电池制备工艺与设备介绍 • 钠离子电池性能测试与评估方法
目录
• 钠离子电池优缺点比较及挑战分 析
• 钠离子电池发展趋势预测与展望
目录
01
钠离子电池概述
定义与特点
定义
钠离子电池是一种二次电池，以 钠离子在正负极之间迁移来存储 和释放电能。
前景展望
随着可再生能源的快速发展和电动汽车市场的不断扩大，钠离子电池的需求将 持续增长。同时，随着技术的不断进步和成本的降低，钠离子电池的应用领域 将进一步拓宽。
02
钠离子电池工作原理
电化学反应机制
钠离子脱嵌
充电时，钠离子从正极材料中脱嵌，通过电解液和隔膜嵌入 负极材料；放电时，钠离子从负极材料中脱嵌，重新嵌入正 极材料。
钠电池正极材料 ppt课件
NaxMO2形成“理想的”严格遵守O3结构，当x=1时，α-NaMnO2具有O3 层状结构的单斜晶，而高温斜方晶系β-NaMnO2是双叠片状结构。前者 更为稳定。
NaMnO2的电压分布在脱出时显示出非常明显的结构性转变。 50％的NaMnO2的脱出最终导致容量的逐渐衰减。钠离子在Na0.5MnO2的中
1Na-S电池
（a）钠硫电池 原理图
（b）不同阶段 相Na-S电池电压 曲线图
PPT课件
6
2.1Na-S电池
(a)钠硫电池原理图 熔融钠做负极，其外层被熔融硫的氧化铝管 包围。放电时：开路电压会在2.075V~ 1.74V之间，钠放电产生Na+和管壁中的 熔融S反应在不同的电压下生成不同的 Na2Sx。
首次放电，Na/Na+的 电压平台为2.8V，并 一直保持到所有的钠 脱出。对于首次充电 ，在3.0V附近有一个 表明相变的平台。形 成一个有序的线性的 新单相Na0.7FePO4表 明平台要上升至3.2V 。
PPT课件
当对钠离子循环时 Na(Fe0.5Mn0.5)PO4的 电化学曲线在整个电 压范围内都有电压降 低的趋势，并在2.7V 时有略微的降低，表 明动力学限制。
PPT课件
Na-S电池示意图
7
1Na-S电池
（b）不同阶段相Na-S电池电压曲 线图
PPT课件
8
放电过程
2.075V
2.075V~ 1.74V
此时有NaC2S5存 在。
有Na2S4出现。
PPT课件
1.74V
出现了Na2S3 。 当更深层放电时 ，出现高熔点的 固相Na2S2。此时 电阻会增大会限 制继续放电，使 得电池的比容量 被限制在836 mAh/g并无法再增 加。
NaMnO2的电压分布在脱出时显示出非常明显的结构性转变。 50％的NaMnO2的脱出最终导致容量的逐渐衰减。钠离子在Na0.5MnO2的中
1Na-S电池
（a）钠硫电池 原理图
（b）不同阶段 相Na-S电池电压 曲线图
PPT课件
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2.1Na-S电池
(a)钠硫电池原理图 熔融钠做负极，其外层被熔融硫的氧化铝管 包围。放电时：开路电压会在2.075V~ 1.74V之间，钠放电产生Na+和管壁中的 熔融S反应在不同的电压下生成不同的 Na2Sx。
首次放电，Na/Na+的 电压平台为2.8V，并 一直保持到所有的钠 脱出。对于首次充电 ，在3.0V附近有一个 表明相变的平台。形 成一个有序的线性的 新单相Na0.7FePO4表 明平台要上升至3.2V 。
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当对钠离子循环时 Na(Fe0.5Mn0.5)PO4的 电化学曲线在整个电 压范围内都有电压降 低的趋势，并在2.7V 时有略微的降低，表 明动力学限制。
PPT课件
Na-S电池示意图
7
1Na-S电池
（b）不同阶段相Na-S电池电压曲 线图
PPT课件
8
放电过程
2.075V
2.075V~ 1.74V
此时有NaC2S5存 在。
有Na2S4出现。
PPT课件
1.74V
出现了Na2S3 。 当更深层放电时 ，出现高熔点的 固相Na2S2。此时 电阻会增大会限 制继续放电，使 得电池的比容量 被限制在836 mAh/g并无法再增 加。
钠离子电池o3型层状氧化物正极材料
钠离子电池安全性提高
安全性高
O3型层状氧化物正极材料具有较低的氧化还原电位和较好的热稳定性，能够提高钠离子电池的安全 性。
无安全隐患
该材料在充放电过程中不会产生有毒有害物质，符合环保要求，不会对环境和人体健康造成危害。
钠离子电池成本降低
资源丰富
钠元素在地壳中的丰度较高，相对于 锂元素更加丰富，因此使用钠离子电 池能够降低电池成本。
O3型层状氧化物正极材料的研究进展
国内外研究者已经开展了大量的O3型层状氧化物正极材料的研究工作，包括合成方法、 结构调控、性能优化等方面。同时，一些公司已经开始进行O3型层状氧化物正极材料的 商业化生产。
02
O3型层状氧化物正极材料结构 与性能
O3型层状氧化物结构特点
01
02
03
晶体结构
O3型层状氧化物具有 ABO3型晶体结构，其中A 位和B位通常被不同的金 属离子占据。
层状结构
O3型层状氧化物由A、B 、O三层组成，其中A、B 位于层间，O位于层内。
离子迁移
在充放电过程中，钠离子 在层间进行迁移。
O3型层状氧化物电化学性能
高能量密度
O3型层状氧化物具有较高 的理论能量密度，能够提 供更多的电能。
良好的倍率性能
在快速充放电过程中，O3 型层状氧化物能够保持较 好的电化学性能。
表面修饰方法
研究不同的表面修饰方法，如化学气相沉积、溶胶凝胶法等 ，以寻找最佳的表面修饰方法，提高材料的电化学性能。
结构优化改性
结构优化对电化学性能的影响
通过调整材料的晶体结构和微观结构，可以改善钠离子的扩散通道和电荷传输性能。
结构优化方法
研究不同的结构优化方法，如调整晶粒大小、控制孔结构等，以寻找最佳的结构优化方法，提高材料的电化学性 能。
钠离子电池(课堂PPT)
这类高温钠电池需在高温环境下工作，这将涉及到保 温和能耗问题，大大影响电池的实际性能。
由于以金属钠为负极的钠电池体系存在很大的安全隐患，目前还不能找到有效的解 决之道。因此，研究者提出以可储存钠离子的电极材料代替金属钠，发展钠离子电 池。
2.关键材料
8
钠离子电池工作原理：与锂离子电池类似，属于“摇椅式电池”，通过钠离子在正负极间的嵌入与 脱嵌，进行充放电循环。其主要的工作原理如下图所示：
1.研究背景
6
基于上述原因，研究人员又将目光转向了与锂同一主族的钠上面了。
金属
原子量/ g 密度/
mol-1
g cm-3
表1 钠单质与锂单质的比较
离子半径/ 价态变化 比容量/
pm
mAh g-1
标 准 电 势 地壳丰度 价格/
/Vvs.SHE
元 kg-1
Li
6.94
0.534
68
1
3862
-3.04
0.006% ~40
Na
22.99
0.968
97
1
1166
-2.7
2.64% ~2
同锂离子电池相比，钠离子电池更适合作为大规模储能的器件，其具有三个方面的优势： 1.相对于锂元素而言，钠元素的标准电极电位高 0.3V，作为储能材料而言有更好的安全 性能；2.钠元素在地球上的储量丰富，地壳中金属钠的含量达到了 2.64%，并且钠元素 分布广泛，海水中就存在有丰富储量，开发方便；3.钠单质价格非常便宜。
2.关键材料
与锂离子电池类似
钠离子电池体系构成
正极材料 负极材料 电解液 隔膜 电池外壳
能性
9
电池的核心部件 电池电化学性能
《正极材料知识培训》课件
详细描述
气相法是一种较新的制备正极材料的方法， 其优点在于可以制备出结构均匀、粒度小、 纯度高的正极材料。该方法可以通过控制反 应条件，如温度、气体流量、载体等，来调 整正极材料的结构和形貌。但气相法制备过 程需要使用高温和高真空设备，生产成本较
高，且对原料气体的纯度要求较高。
04
正极材料的应用与发展趋势
02
正极材料的种类与特性
钴酸锂
总结词
高能量密度、高电压平台
详细描述
钴酸锂是当前商业化最成功的正极材料之一，具有高能量密度、高电压平台和 较好的循环性能。广泛应用于消费电子产品、电动汽车等领域。
磷酸铁锂
总结词
高温稳定性、长寿命、安全性高
详细描述
磷酸铁锂具有高温稳定性、长寿命和安全性高等优点，被广泛应用于电动汽车和 储能领域。其能量密度相对较低，但成本较低，且对环境友好。
正极材料在动力电池中的应用
电动汽车市场应用
随着电动汽车市场的快速发展，正极材料在动力电池中扮演 着至关重要的角色。它们决定了电池的能量密度、循环寿命 和安全性，直接影响电动汽车的性能速充电又能长时间放电的电池，正 极材料的发展满足了这一需求，提高了混合动力汽车的效率 和里程。
富锂材料
总结词
高能量密度、长寿命、环保
详细描述
富锂材料是一种新型正极材料，具有高能量密度、长寿命和环保等优点。其工作电压和能量密度均高 于传统正极材料，且可逆容量高，被认为是下一代正极材料的候选者。
03
正极材料的制备方法
固相法
总结词
固相法是一种通过将原料粉末混合、加 热、研磨和烧结等步骤制备正极材料的 方法。
总结词
正极材料在电池中起着至关重要的作用，它能够存储和释放能量，为电子设备提供动力 。
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钠离子电池工作原理示意图
2熔融钠电池（Molten sodium cells)
1Na-S电池
（a）钠硫电池 原理图
（b）不同阶段 相Na-S电池电压 曲线图
2.1Na-S电池
(a)钠硫电池原理图 熔融钠做负极，其外层被熔融硫的氧化铝管 包围。放电时：开路电压会在2.075V~ 1.74V之间，钠放电产生Na+和管壁中的 熔融S反应在不同的电压下生成不同的 Na2Sx。
金属离子的反应而产生碱性氧化物。
➢正极采用多孔碳和/或多孔金属作为
氧气的消耗和产物的运载的即时传送
系统。
➢放电反应使氧化产物和废料填充了
这些原本不是空隙的空隙。
➢氧的氧化和减少是使用的催化剂带
来的好结果。
Na++O2+e-→NaO2
E=2.263 V
(1)
2Na++O2+2e-→Na2O2
E=2.330 V
橄榄石结构
它能容纳离子在层与 层之间以及大的填隙 空间中，这样这些稳 定的化合物中就可以 同时存在钠和锂。 NaFePO4的结构证实了 这种化合物保持了尖 晶石的框架其单体晶 胞的体积为320.14Å3 。这种结构存在体积 含量接近15%的钠离子 脱出。
首次放电，Na/Na+的 电压平台为2.8V，并 一直保持到所有的钠 脱出。对于首次充电 ，在3.0V附近有一个 表明相变的平台。形 成一个有序的线性的 新单相Na0.7FePO4表 明平台要上升至3.2V 。
如排气孔、隔膜等。
优、劣势
1.标准电极电位E0为-2. 71 V， 仅比锂的-3. 04 V 高0. 33 V
2.钠资源储量丰富， 容易实现低成本生产。
3.具有单位体积存储能量多，
安全性好和使用寿命长等优点。
电池开发路线图
钠离子电池简介
钠离子电池实际上是一种浓差电池，正负极由两种不同
的钠离子嵌入化合物组成。充电时，Na+从正极脱嵌经过电解 质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子的 补偿电荷经外电路供给到极，保证正负极电荷平衡。放电时则 相反，Na+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于处于 富钠态。
➢ NaMnO2的电压分布在脱出时显示出非常明显的结构性转变。 ➢ 50％的NaMnO2的脱出最终导致容量的逐渐衰减。钠离子在Na0.5MnO2的中
间层有的高得多的相对稳定位置，而它们抑制了钠离子的迁移，使得材 料具有了良好的可循环性。
3钴氧化物
• NaxCoO2既可以作为O3、P2也
可以作为P3类型存在，这取决 于钠的插入量的多少。
• 晶格在40摄氏度下保持最稳定
的电化学性质，也保持了钠的 更大流动性。
3.2聚阴离子化合物
NaSICON类 材料
橄榄石结构
钠钒氟磷酸盐 层状钠离子氟磷酸盐
Tavorite 钠离子氟磷酸盐
橄榄石结构
（a）橄榄石FePO4嵌入钠离子的电化学曲线 （b）Na(Fe0.5Mn0.5)FePO4在钠离子电池中的循环电化学曲线
存在的问题
❖这种电池需要在高温（270℃到350℃）下
才能正常运行，人们希望能够在较低温度 下使其正常运行以节约成本、提高容量、 确保安全。这些低容量装置可能是可溶性 硫化物的形成所造成的结果。理论比容量 是1672mAh/g，但一般只能达到三分之一。
2.2钠-空气（Na-O2）电池
➢空气电极的运行机制是通过氧与碱
钠电池正极材料课件
1 概述
本幻灯片 结构
2钠电池 3 主要钠离子电池正极材料分类介绍
4 总结
概述
为什么会选择钠离子电池？
锂 Vs 钠
1.储量有限且分布不均 无法适应高性能储电设备的需求。
2锂离子电池的的容量 会随着充电次数缓慢衰退， 与使用次数无关，而与温度有关。 3、不耐受过充、过放，需要多重保护机制，
Na-O2电池首次充放电曲线
2.3 ZEBRA电池
• ZEBRA电池是在上世纪80年代被开发
的，它含有液态钠负电极和金属氯化 物正极（通常氯化镍）。
• 钠在负电极的氧化而产生的钠离子通
过固体钠β``-氧化铝电解质并被二次 电解质（NaCl和三氯化铝的低共熔混 合物）运送到氯化镍处。
• 工作电压低于2.35伏时，电池具有其
(2)
4Na++O2+4e-→ Na2O
E=1.946 V
(3)
放电原理图
Na-O2电池首次充放电曲线
❖ 含钠金属阳极在钠的熔点（98℃）
下运行电池
❖ Na-O2电池在放电电位在2.9 V和
1.8 V之间时展现出充电的潜能。
❖ 当放电电位处在2.3-2.4 V之间时，
对于此Na-O2电池低放电电压传达 出一个动能超电势的问题，这可能 是由于高分子电解质造成的。
是完全可逆的。 Na0.44MnO2结构也非常适合于在水介质中可逆钠嵌脱。
2层状氧化物
➢ 碱金属阳离子是可逆嵌脱是在过渡金属MO6八面体上的电化学循环的二
维层之间
➢ NaxMO2形成“理想的”严格遵守O3结构，当x=1时，α-NaMnO2具有O3
层状结构的单斜晶，而高温斜方晶系β-NaMnO2是双叠片状结构。前者 更为稳定。
Na-S电池示意图
1Na-S电池
（b）不同阶段相Na-S电池电压曲 线图
放电过程
2.075V
2.075V~ 1.74V
此时有NaC2S5存 在。来自有Na2S4出现。1.74V
出现了Na2S3 。 当更深层放电时 ，出现高熔点的 固相Na2S2。此时 电阻会增大会限 制继续放电，使 得电池的比容量 被限制在836 mAh/g并无法再 增加。
3.1过渡金属氧化物
钴的氧化物
层状氧化物
过渡金属 氧化物
锰的氧化物
1锰的氧化物
Na0.44MnO2 垂直于ab 平面Na 离子通道
Na0.44MnO2具有由宽的隧道的结构，使之作为一个 可能的嵌入正电极材料。
在电位的范围2-3.8V之内并且多个电压阶跃的过程 （6个双相变）中钠的嵌脱量显示的比容量高达140 mAh/g。 该NaxMnO2系统的插入过程在超过0.25 <X <0.65时
最小的电阻。
• 当工作电压恢复上述2.35 V时，产生
的铁然后再氧化成氯化亚铁，剩余的 氯化镍和氯化亚铁足以接受下一步将 要出现的高电流放电。
钠离子电池正极材料
第一类 过渡金属氧化物 第二类 聚阴离子化合物
钠离子电池材料正负极
钠离子电池主要的正负极材料：蓝色椭圆内是不同材料的理论容量，灰色柱 子是实际容量
2熔融钠电池（Molten sodium cells)
1Na-S电池
（a）钠硫电池 原理图
（b）不同阶段 相Na-S电池电压 曲线图
2.1Na-S电池
(a)钠硫电池原理图 熔融钠做负极，其外层被熔融硫的氧化铝管 包围。放电时：开路电压会在2.075V~ 1.74V之间，钠放电产生Na+和管壁中的 熔融S反应在不同的电压下生成不同的 Na2Sx。
金属离子的反应而产生碱性氧化物。
➢正极采用多孔碳和/或多孔金属作为
氧气的消耗和产物的运载的即时传送
系统。
➢放电反应使氧化产物和废料填充了
这些原本不是空隙的空隙。
➢氧的氧化和减少是使用的催化剂带
来的好结果。
Na++O2+e-→NaO2
E=2.263 V
(1)
2Na++O2+2e-→Na2O2
E=2.330 V
橄榄石结构
它能容纳离子在层与 层之间以及大的填隙 空间中，这样这些稳 定的化合物中就可以 同时存在钠和锂。 NaFePO4的结构证实了 这种化合物保持了尖 晶石的框架其单体晶 胞的体积为320.14Å3 。这种结构存在体积 含量接近15%的钠离子 脱出。
首次放电，Na/Na+的 电压平台为2.8V，并 一直保持到所有的钠 脱出。对于首次充电 ，在3.0V附近有一个 表明相变的平台。形 成一个有序的线性的 新单相Na0.7FePO4表 明平台要上升至3.2V 。
如排气孔、隔膜等。
优、劣势
1.标准电极电位E0为-2. 71 V， 仅比锂的-3. 04 V 高0. 33 V
2.钠资源储量丰富， 容易实现低成本生产。
3.具有单位体积存储能量多，
安全性好和使用寿命长等优点。
电池开发路线图
钠离子电池简介
钠离子电池实际上是一种浓差电池，正负极由两种不同
的钠离子嵌入化合物组成。充电时，Na+从正极脱嵌经过电解 质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子的 补偿电荷经外电路供给到极，保证正负极电荷平衡。放电时则 相反，Na+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于处于 富钠态。
➢ NaMnO2的电压分布在脱出时显示出非常明显的结构性转变。 ➢ 50％的NaMnO2的脱出最终导致容量的逐渐衰减。钠离子在Na0.5MnO2的中
间层有的高得多的相对稳定位置，而它们抑制了钠离子的迁移，使得材 料具有了良好的可循环性。
3钴氧化物
• NaxCoO2既可以作为O3、P2也
可以作为P3类型存在，这取决 于钠的插入量的多少。
• 晶格在40摄氏度下保持最稳定
的电化学性质，也保持了钠的 更大流动性。
3.2聚阴离子化合物
NaSICON类 材料
橄榄石结构
钠钒氟磷酸盐 层状钠离子氟磷酸盐
Tavorite 钠离子氟磷酸盐
橄榄石结构
（a）橄榄石FePO4嵌入钠离子的电化学曲线 （b）Na(Fe0.5Mn0.5)FePO4在钠离子电池中的循环电化学曲线
存在的问题
❖这种电池需要在高温（270℃到350℃）下
才能正常运行，人们希望能够在较低温度 下使其正常运行以节约成本、提高容量、 确保安全。这些低容量装置可能是可溶性 硫化物的形成所造成的结果。理论比容量 是1672mAh/g，但一般只能达到三分之一。
2.2钠-空气（Na-O2）电池
➢空气电极的运行机制是通过氧与碱
钠电池正极材料课件
1 概述
本幻灯片 结构
2钠电池 3 主要钠离子电池正极材料分类介绍
4 总结
概述
为什么会选择钠离子电池？
锂 Vs 钠
1.储量有限且分布不均 无法适应高性能储电设备的需求。
2锂离子电池的的容量 会随着充电次数缓慢衰退， 与使用次数无关，而与温度有关。 3、不耐受过充、过放，需要多重保护机制，
Na-O2电池首次充放电曲线
2.3 ZEBRA电池
• ZEBRA电池是在上世纪80年代被开发
的，它含有液态钠负电极和金属氯化 物正极（通常氯化镍）。
• 钠在负电极的氧化而产生的钠离子通
过固体钠β``-氧化铝电解质并被二次 电解质（NaCl和三氯化铝的低共熔混 合物）运送到氯化镍处。
• 工作电压低于2.35伏时，电池具有其
(2)
4Na++O2+4e-→ Na2O
E=1.946 V
(3)
放电原理图
Na-O2电池首次充放电曲线
❖ 含钠金属阳极在钠的熔点（98℃）
下运行电池
❖ Na-O2电池在放电电位在2.9 V和
1.8 V之间时展现出充电的潜能。
❖ 当放电电位处在2.3-2.4 V之间时，
对于此Na-O2电池低放电电压传达 出一个动能超电势的问题，这可能 是由于高分子电解质造成的。
是完全可逆的。 Na0.44MnO2结构也非常适合于在水介质中可逆钠嵌脱。
2层状氧化物
➢ 碱金属阳离子是可逆嵌脱是在过渡金属MO6八面体上的电化学循环的二
维层之间
➢ NaxMO2形成“理想的”严格遵守O3结构，当x=1时，α-NaMnO2具有O3
层状结构的单斜晶，而高温斜方晶系β-NaMnO2是双叠片状结构。前者 更为稳定。
Na-S电池示意图
1Na-S电池
（b）不同阶段相Na-S电池电压曲 线图
放电过程
2.075V
2.075V~ 1.74V
此时有NaC2S5存 在。来自有Na2S4出现。1.74V
出现了Na2S3 。 当更深层放电时 ，出现高熔点的 固相Na2S2。此时 电阻会增大会限 制继续放电，使 得电池的比容量 被限制在836 mAh/g并无法再 增加。
3.1过渡金属氧化物
钴的氧化物
层状氧化物
过渡金属 氧化物
锰的氧化物
1锰的氧化物
Na0.44MnO2 垂直于ab 平面Na 离子通道
Na0.44MnO2具有由宽的隧道的结构，使之作为一个 可能的嵌入正电极材料。
在电位的范围2-3.8V之内并且多个电压阶跃的过程 （6个双相变）中钠的嵌脱量显示的比容量高达140 mAh/g。 该NaxMnO2系统的插入过程在超过0.25 <X <0.65时
最小的电阻。
• 当工作电压恢复上述2.35 V时，产生
的铁然后再氧化成氯化亚铁，剩余的 氯化镍和氯化亚铁足以接受下一步将 要出现的高电流放电。
钠离子电池正极材料
第一类 过渡金属氧化物 第二类 聚阴离子化合物
钠离子电池材料正负极
钠离子电池主要的正负极材料：蓝色椭圆内是不同材料的理论容量，灰色柱 子是实际容量