钠离子电池负极材料TiO2@NiCo2S4的制备与研究文献综述

 2022-10-25 12:07:51

文献综述(或调研报告):

摘要:锂离子电池具有高能量密度和良好的循环性能,在现代移动电子设备中显示出巨大的应用前景。但由于锂的需求量大大增加,但锂的储量有限且分布不均,锂离子电池的发展陷入瓶颈,钠和锂具有相似的物理化学性质且储量丰富,发展大规模储能应用的钠离子电池技术具有更重要的意义。但由于钠离子相比锂离子大且重,导致其迁移动力学缓慢,因此寻找合适的电极材料成为钠离子发展的关键。钴镍双金属硫化物具有较高容量、良好的导电性以及丰富的氧化还原特性,有望成为性能优良的钠离子电池负极材料,但在充放电过程中存在较大的体积膨胀,而二氧化钛在脱嵌锂的过程中体积膨胀小于4%且具有高的热稳定性和化学稳定性。利用二氧化钛的稳定性,构建镍钴双基硫化物包覆二氧化钛复合材料,有利于增强结构稳定性,提高循环寿命。本文从钠离子电池、过渡金属硫化物、静电纺丝技术在制备TiO2负极材料中的应用三个方面进行了整理和分析,为钠离子电池负极材料TiO2@NiCo2S4的制备与研究提供了一定的前期理论基础。

关键词:钠离子电池;镍钴双金属硫化物;二氧化钛;静电纺丝

正文

1 引言

能源是支撑整个人类文明进步的物质基础。随着社会经济的高速发展,人类社会对能源的依存度不断提高。目前,传统化石能源如煤、石油、天然气等为人类社会提供主要的能源,化石能源的消费不仅使其日趋枯竭,且对环境影响显著。世界气候大会于2015年12月13日在法国巴黎达成历史行协议,宣告里程碑式的《联合国气候变化框架公约》(简称《巴黎协定》)诞生,其中有名的两条为:全球将尽快实现温室气体排放达峰,本世纪下半叶实现温室气体净零排放;各方将加强对气候变化威胁的全球应对,把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内,并为把升温控制在1.5℃之内而努力,因此改变现有不合理的能源结构已成为人类社会可持续发展面临的首要问题。目前,清洁能源的发展已经成为世界各国的可持续发展重大战略之一[1]

从能源利用形态来看,电能作为能源利用的最终形态,已成为人类生产、生活和社会发展的源动力之一,可以从太阳能、风能、核能等多种形式转化而来,但是太阳能和风能等由于其输出功率不稳定等缺点,需要相应的能量存储器件将转换而来的电能存储起来,同时由于其随机性、间歇性等特点, 如果将其所产生的电能直接输入电网,会对电网产生很大的冲击,基于上述考虑,发展高效便捷的储能技术以满足人类的能源需求成为世界范围内研究热点。

2钠离子电池概述

1991 年,日本索尼公司使用钴酸锂作正极,聚糖醇热解碳作负极,率先推出第一块商品化锂离子电池。这种锂离子电池具有开路电压高、能量密度高、自放电低、无记忆效应、循环寿命长等优点。凭借自身的优势,锂离子电池迅速占据了便携式电子设备市场。随着科技的进步,现有的钴酸锂-石墨体系的锂离子电池储能体系已无法满足这些移动电子设备对便携性能和续航能力进一步提升的需求,而锂电池本身也存在着电池安全、循环寿命和成本等问题,以及无人机、电动汽车等动力设备和大容量储能电池的发展,锂的需求量将大大增加,但锂的储量有限且分布不均,这对于开发出更廉价、更安全、更高功率密度和能量密度的锂离子电池来说可能是一个瓶颈问题。相比锂资源而言, 钠储量十分丰富, 约占地壳储量的2.64%,且分布广泛、提炼简单,同时,钠和锂在元素周期表的同一主族, 具有相似的物理化学性质,其基本的性质对比见表 1。而且钠离子电池具有与锂离子电池类似的工作原理,因此,发展针对于大规模储能应用的钠离子电池技术具有重要的战略意义[2-4]

表1 金属钠与金属锂基本性质对比[2]

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