刘旭燕 谢继辉 曾攀 高博涵 黄章 陈文惠

摘要： Na 离子电池由于其低成本和丰富的 Na 资源储备，已成为电能存储和低速电动汽车中最有前途的候选设备。正极材料是 Na 离子电池的关键，对电化学性能具有显著影响。系统地总结了现有的 Na 离子电池正极材料，有过渡金属氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类和有机分子聚合物类等材料。目前，这些正极材料存在两个缺点： Na 离子的半径比 Li 离子的大，在离子脱嵌过程中会对材料的结构造成严重影响，进而导致体积膨胀和容量衰减;动态过程缓慢，导致充放电倍率表现不佳。总结了用以提高正极材料电化学性能的掺杂/替代和涂覆等改性方法，为以后的 Na 离子电池改性和正极材料的选择提供了研究方向。

关键词： Na 离子电池;正极材料;电化学性能;改性

中图分类号： TQ 131;TM 912     文献标志码： A

Structure Design and Performance Analysis of Cathode Materials for Sodium Ion Batteries

LIU Xuyan， XIE Jihui， ZENG Pan， GAO Bohan， HUANG Zhang， CHEN Wenhui

（School ofMechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： The sodium ion battery has become the most promising candidate device for electric energy storage and low-speed electric vehicles because of its low cost and abundant Na resource reserve. Cathode materials are the key of sodium ion battery and have a significant impact on the electrochemical performance. The existing cathode materials for sodium ion battery were systematically summarized， including  transition  metal  oxide  materials，  polyanionic  materials，  Prussian  blue  materials，  organic molecular polymers， and so on. At present， these cathode materials have two disadvantages： the radius of sodium ion is larger than that of lithium ion， which seriously affects the structures of materials in the ion deintercalation process， and then causes the volume expansion and capacity attenuation; the dynamic process is slow， resulting in poor performance of charge discharge ratio. The modification methods such as doping/substitution and coating to improve the electrochemical properties of cathode materials were also summarized， which provides a research direction for the modification of sodium ion battery and the selection of cathode materials in the future.

Keywords： sodium ion battery; cathode material ; electrochemical performance ; modification

Na 和 Li 屬于元素周期表里同一族元素，有着类似的属性和性能，组装成电池时，充放电原理也基本相同。和 Li 不同， Na 有着丰富的资源，质量分数约占地表元素储量的2.64%，且价格便宜，分布广泛。但是， Na 离子的相对分子质量较大，离子半径（0.106 nm）比 Li 离子的（0.076 nm）大。并且， Na/Na+比 Li/Li+电对的电极电势高出约0.3 V，这可能会使得 Na 离子电池的能量密度低于 Li离子电池的。综上所述，寻找适合的电极材料来解决这些缺点，是 Na 离子电池技术的关键[1-3]。

1 聚阴离子

聚阴离子化合物通常可以表示为AxBy[（DOm）n]z，其中， A 为 Li 或 Na;B 为补充元素; D 为 P、S、V 和 Si 等元素。由于 D 多面体中存在氧原子的强共价键作用，所以，聚阴离子化合物具有良好的结构稳定性和热稳定性。……