鈉離子電池正極材料有哪些？

用于鈉離子電池正極的材料主要有貧鈉的Na，CoO2、NaxMnO2層狀晶體化合物及它們的摻雜化合物。這些化合物的存在形態(tài)取決于其組成（x值）和制備方法。其它一些見諸報道的嵌入式正極材料有：NaxTiS2，NaxNbS2C12，NaxWO3-y，NaxV0.5Cr0.5S，NaxMoS3（非定形），NaxTaS2，各式中0<x<2，0<y<1。

1、五氧化二釩（V2O5）

五氧化二釩（V2O）是阿貢國家實驗室和芝加哥大學(xué)的研究小組開發(fā)的一種可用于充電鈉離子電池的正極材料。這種雙層五氧化二釩（V2Os）材料可用于室溫下，具有250mAh/g的比容量，接近理論比容量，倍率放電能力和循環(huán)壽命優(yōu)良，電池的比能量和比功率高達(dá)760Wh/kg和1200W/kg。用雙層V20s材料作鈉離子電池正極的充放電反應(yīng)機理如圖所示，電化學(xué)反應(yīng)改變了五氧化二釩層的靜電吸引力，可為鈉離子（Nat）提供強大的遷移動力；鈉離子嵌入到V2O4的過程。

鈉離子的嵌入可導(dǎo)致釩的整體結(jié)構(gòu)有序化，同時層間長程有序。鈉脫出后，這種長程有序也消失，而層內(nèi)結(jié)構(gòu)仍保存著。

這個研究小組的方法是，要使鈉離子嵌入，就要使用納米材料，這種材料具有雙層層狀結(jié)構(gòu)，可調(diào)層間距，能適應(yīng)很大的體積變化。非原位和原位同步特性研究表明，鈉離子的嵌入可導(dǎo)致釩的整體結(jié)構(gòu)有序化，同時層間長程有序。鈉脫出后，這種長程有序也消失，而層內(nèi)結(jié)構(gòu)仍保存著。因此，通過優(yōu)化平衡靜電力，誘導(dǎo)納米材料的排列，會取得盡可能高的電極容量。這種開放式框架結(jié)構(gòu)具有好的“彈性”和卓越的長期穩(wěn)定性，可使雙層五氧化二釩成為一種合適的可用于高能量密度鈉充電電池的正極材料。

2、單晶Nao4MnO2納米線

高功率鈉離子蓄電池近年來吸引了越來越多人的興趣，因此，急需開發(fā)一種納米結(jié)構(gòu)的電極材料，因為納米材料具有很高的比表面積，縮短了鈉離子的擴散距離，所以使電池具有高的功率密度。用水熱法合成的單晶Nao4MnO2納米線，可用于鈉離子電池。將0.1g的MnsO：粉末分散在NaOH溶液中（40ml/5mol/1），然后將溶液放在Teflon-lined 高壓鍋（45ml）中，在205℃加熱96h。之后，冷卻反應(yīng)物，過濾沉淀物，用水反復(fù)沖洗，然后在室溫下真空干燥。SEM和TEM實驗證明水熱法合成Nao4MnO2具有單晶納米線形貌。實驗證明，該材料的可逆比容量為120mAh/g。另外，單晶NaoaMnO2納米線具有高的充放電倍率循環(huán)性能和循環(huán)穩(wěn)定性，因此是一種非常有前途的鈉離子電池正極材料。

3、可逆NaFePO：電極

通過置換橄欖石LiFePO；中Li的置換可獲得橄欖石型NaFePO4正極。實驗證明橄欖石型NaFePO；電極是一種非常有潛力的鈉離子電池電極材料。這種材料中，理論比容量最大的為橄欖石結(jié)構(gòu)NaFePO4，為154mA穐/g。但和LiFePO4的不同點是，NaFePO4最穩(wěn)定存在的相是磷鐵鈉礦結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)Na+占據(jù)4c的Wyckoff點陣位置，F(xiàn)e2+占據(jù)4a點陣位置。這點剛好與LiFePO4相反，Li+

占據(jù)4a位置，F(xiàn)e2+占據(jù)4c位置。導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)差異的可能原因是Na 離子半徑比Li大。NaFePO4材料在60℃，C/24倍率下，充放電的首次比容量達(dá)到147mA穐/g。但這種材料到目前為止沒有得到良好的循環(huán)性能，有待更多的深入研究。

4、NaCoO2及其參雜化合物

在NaxCoO2化合物中，Na+主要位于層狀（CoO2）n八面體之間：數(shù)量少時，鈉離子間呈三棱柱狀排列；數(shù)量多時，它們則配位成八面體。盡管NaxCoO2化合物電性能較優(yōu)，但鉆鹽價格昂貴，使得電池成本大幅上升，故出現(xiàn)了其它各種替代材料。