钠离子电池正极材料的研究进展
摘要：由于能源的短缺和日益恶劣的环境，我们急需要找到一些资源丰富又生态友好的可再生能源。由此日益发展的太阳能和风能虽然都满足这些条件，可是受自然因素的影响较多，而且他们同样需要与一些能量储存设备结合起来才能利用。因此，高性能的电化学储能装置还有很大的发展空间，尤其基于锰基的新型层状氧化物正极材料急需开发。
关键字：钠离子电池；正极材料；层状氧化物
1 前言
当今时代，能源问题已经成为限制社会发展和进步的最大问题。传统化石能源如煤、石油、天然气等正在面临日益枯竭的重大问题，而清洁的二次能源如风、太阳能等的有效开发又是目前研究的难题。为了能够满足社会发展对能源系统的需求，人们开始不断地探索较为高效的储能设备。锂离子电池和钠离子电池是目前新型储能技术的代表，因为它们具有较高的比容量和能量密度、对环境友好等优点。
电池发展有以下显著特点：绿色环保电池发展迅猛。目前，高性能锂离子电池及其电极材料的研究是电化学、材料化学、物理学等领域研究的热点[1]；大规模的电化学储能技术目前存在着多种技术路线，其中锂离子电池以其高的能量密度、高功率密度以及长循环寿命等特点成为重要技术路线之一。然而，随着锂离子电池逐渐应用于电动汽车等大规模储能器件中，锂的需求量将大大增加，而锂的分布不均匀，且价格不断上涨。这对于发展大规模储能的长寿命储能电池来说，可能会成为一个重要问题[2-3]。因此，在发展新型锂电池的同时我们也迫切需要开发新型的长寿命储能器件。钠元素与锂处于同一主族，周期相邻，理化性质上与锂类似，且来源广泛，储量丰富，以钠的相关化合物为原料的二次电池体系在成本上具有极大的优势。因此，钠离子电池具有成为下一代大规模能量存储设备的潜力。
一般锂/钠离子电池包括正负极、隔膜以及电解液等重要部件。电极材料一般选择能够与锂/钠离子发生可逆脱嵌的化合物。通常选用电势较高的嵌锂/钠过渡金属氧化物或磷酸盐作为正极材料，如LiCoO2、NaMnO2、LiMn2O4、LiFePO4、NaVPO4F等；负极一般采用电势较低的石墨类炭材料，另外，还包括硅基、钛基、锡基以及过渡金属氧化物等材料；隔膜一般为多孔的聚烯烃/酯树脂，用以将正负极分开防止短路；电解液可以提供锂/钠源同时有利于锂/钠离子的传输，主要是可以溶解在有机溶剂中的锂/钠盐。以层状LiCoO2和石墨分别作为正负极，两极之间通过隔膜分开，浸润在有机电解液中构成的锂离子电池为例，电化学反应表示如下：
