宏量制备钠离子电池负极材料氧化钴及性能研究

刘艳芬,张焕焕,钟晓斌,范 薇

(中北大学能源与动力工程学院,山西 太原 030051)

新能源汽车的快速发展导致对动力电池的需求不断增加[1]。目前锂离子电池是最主要的动力电池,然而随着原本比较匮乏的锂资源不断消耗,迫切需要研发新型的储能电池[1-2]。钠和锂具有相似的化学性质,且钠在地球上的储量丰富,因此钠离子电池在储能领域中具有较大的应用潜力[3-4]。然而,钠离子的半径远大于锂离子,导致钠离子电池的扩散动力学较慢、嵌入/脱出速率慢等问题,进而导致钠离子电池在大电流下的充放电性能较差。此外,商业化的锂离子电池石墨电极并不适用于钠离子电池体系,寻找合适的负极材料是推动钠离子电池进一步应用的关键[5-6]。

目前最常用的几种类型的负极材料是碳材料[7]、过渡金属硫化物[8]和过渡金属氧化物[9]。其中,氧化钴负极材料因其成本低、无毒和理论比容量高,引起了研究者的广泛关注[10-11]。然而,显著的体积变化和较低的电导率导致氧化钴在循环过程中容量快速下降。因此,通过结构优化以促进离子/电子传输并容许重复的钠离子嵌入/脱出是实现氧化钴电极上述优越性的前提。纳米粒子能够减少钠离子的扩散范围,同时在充放电过程中具有优良的应变弛豫能力,从而避免结构碎化或受损的情况发生[12]。此外,石墨烯掺杂可以提高钠离子在内部和表面的迁移速度,且能显著降低电极材料在充放电时的体积变动,有效避免材料的粉末化[13]。……