钠离子电池负极材料的研究进展

越多 的研 究者 开始关 注钠 离子 电池 。 钠 离 子 电池 主要 由正极 、负极 、电解 液 等 组 成 ，
其 中负极 材料是 电池 的 核 心部 件 ，其 性 能 直 接 决定 电池 的 电化 学 性 能 。因此 ，钠 离 子 电 池 负极 材 料 的选择 已经成为 人们 研究 的重 点 。
Ｚｈａｎｇ Ｊｉｅ，Ｙａｎｇ Ｚｈａｎｘｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍ ｉｓｔｒｙ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ，Ｌ ｉａｏｎｉｎｇ Ｓｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｆ ｕｓｈｕｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１３００１，Ｃｈｉｎａ ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｈａｖｅ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｄｕｅ ｔＯ ｉｔｓ ｒｉｃｈ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｃｈｅｍ ｉｃａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ， ａｎｄ ｃａｎ ｓａｔｉｓｆｙ ｐｅｏｐｌｅ Ｓ ｄｅｍ ａｎｄ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｅｒａ， ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａ ｔｏｐ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｔＯ ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｏｄｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗ ｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ—ｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｍ ｅｔａｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ， ｔｈｅ ｓｏｄｉｕｍ ｓｔｏｒａｇｅ ａｌｌｏｙｓ， ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ， ｔｉｔａｎｉｕｍ—ｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｎｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ， ｓｏｍｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｏｄｉｕｍ —ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｏｄｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ；Ａｎｏｄｅ ｍ ａｔｅｒｉａ１；Ｃａｒｂｏｎ－ｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ａｌｌｏｙｓ；Ｍ ｅｔａ１ ｏｘｉｄｅｓ
金 属钠 （简称 钠 ，下 同 ）作为钠 电池 的负 极 ，同金 属 锂 （简称锂 ，下 同）一样 容 易产生 枝 晶 ，但是 钠 的熔 点 低 （约为 ９７．７℃），在 实 际使 用 中存 在很 大 的安 全 隐患 。因此 ，可 以利 用 能够 存 储 钠 离 子 的 电极 材 料 代替 钠作 为 电池 的 负 极 。因 为 钠 与锂 为 同族 元 素 ， 所 以钠离 子 电池工 作 原 理 和锂 离 子 电池 相 似 ，越来
第 ３６卷 第 １期 ２０１６年 ２月
ห้องสมุดไป่ตู้
辽 宁 石 油 化 工 大 学 学 报 Ｊ（）ＵＲＮＡＩ ０Ｆ Ｉ ＩＡＯＮＩＮＧ ＳＨ ＩＨＵ Ａ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏ１．３６ Ｎ Ｏ．１ Ｆｅｂ．２Ｏ１６
文 章 编 号 ：１６７２—６９５２（２０１６）０１—０００７—０５
投 稿 网 址 ：ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａ１．１ｎｐｕ．ｅｄｕ． ｃｎ
钠 离 子 电池 负极 材 料 的研 究 进展
张 洁 ，杨 占旭
（辽 宁 石油 化 工 大学 化 学 化 工 与 环 境 学 部 ，辽 宁 抚 顺 １１３００１）
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 ，成 为锂 离子 电 池 的 理 想 替 代 品 。 主要 阐 述 了钠 离子 电 池 负极 材料 的研 究进 展 ，包 括 碳 基 负极 材 料 、低 电 压 金 属 磷 酸 盐 负极 材 料 、合 金 类储 钠 负极 材 料 、金 属 氧 化 物 负极 材 料 、钛 酸 盐 类 负极 材 料 及 其 他 负极 材 料 ，并对 各 类 负极 材 料 的 性 能 进 行 了评 价 ，最 后 对 钠 离子 电 池 负极 材料 的发 展 方 向做 出 了展 望 。
表 １ 钠 和 锂 单 质 的 主 要 性 能
注 ：ａ相 对 于标 准 氢 电位 （Ｓ．Ｈ．Ｅ．）的 电 压 。
可 用于 钠离 子 电池 负极 材料 的主 要有 碳基 负极
收稿 日期 ：２０１５—０９—２８ 修 回 Ｅｔ期 ：２０１５—１０—２０ 基 金 项 目 ：国 家 自然科 学基 金 项 目（２１４０１０９３）；辽 宁 省 高 等 学校 优 秀科 技 人 才 支持 计 划 项 目（ＬＲ２０１５０３６）；国 家 重 点 实验 室 开
关键 词 ： 钠 离子 电池 ； 负极 ； 碳 基 材 料 ； 合金 ； 金 属 氧 化 物 中 图 分 类 号 ：ＴＥ６６２；Ｏ６４６．５ 文 献 标 志码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－６９５２．２０１６．０１．００２
Ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｏｄｉｕｍ —Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ Ａｎｏｄｅ Ｍ ａｔｅｒｉａ１
锂离 子 电池 具有 循环 性能好 、比容量 大 、可快速 充放 电 、体 积小 等一 系列显 著优 点 ，广泛地 应用 于手 机 、笔 记本 电脑 等 电子设备 。但 是 ，锂元 素 的资源 十 分 有 限（锂 的元素 丰度 在地 壳 中只 占 ０．００６ ５ ），且 分布不 均匀 。钠 离子 电池 具有含 量 丰富 、成 本低 廉 、 电化学 性能 稳定 等优 点 ，成 为 了锂 离 子 电 池 的理 想 替 代 品 。钠 和锂 单质 的主 要性能 见表 １ Ｅ 。