钠离子电池负极材料

钠离子电池负极材料主要包括以下几类：

1. 碳基材料：

- 石墨：天然石墨是锂离子电池常用的负极材料，但对于钠离子电池而言，由于钠离子的离子半径较大，难以嵌入天然石墨的层间，所以普通石墨的储钠性能较差。不过，通过对石墨进行特殊处理，如扩大层间间距或选择合适的电解质溶剂使Na与溶剂分子共插层插入石墨层间，可改善其储钠性能，但仍存在电解质溶剂消耗、插层电压高、体积膨胀等挑战。

- 无定形碳：包括硬碳和软碳。硬碳通过天然或生物质前驱体的化学或热处理产生，具有机械硬度高、能保持前驱体微/介孔形态等特点。许多天然生物质（如椰壳、稻壳、秸秆、竹子、核桃壳等）和合成聚合物可用于生产硬碳，其具有较多的无序结构、较高的缺陷浓度、较高的杂原子含量和较大的石墨层间距，以及更封闭的孔径结构，为钠离子提供了更多的储存点和扩散途径，是目前比较有前景的钠电负极材料。软碳由半石墨结构组成，缺陷和无序程度相对较少，比硬碳具有更大的结晶度和更高的导电性。但软碳石墨域的狭窄层间距离容纳钠离子存在瓶颈，需通过电解质优化和合理设计纳米结构才能实现钠的存储。

- 杂原子掺杂碳材料：在碳材料中引入杂原子（如B、N、S、P等）可提高碳负极材料的储钠能力、表面润湿性以及电子电导率，促进电荷转移和电极/电解质的相互作用。

2. 钛基材料：在众多可变价的过渡金属元素氧化物中，钛的氧化还原电位较低，嵌入型钛基材料可用作钠离子电池负极。这类材料具有结构稳定性好、循环寿命长等优点，但比容量相对较低，限制了其在高能量密度电池中的应用。

3. 有机类材料：主要包括碳基化合物、席夫碱化合物、有机自由基化合物和有机硫化物等。有机材料来源广泛，成本低廉。然而，大部分有机类负极材料的本征电子电导率低，在制浆过程中需添加大量导电添加剂，降低了电池体系的体积能量密度。并且有机类材料在电解液中的溶解度较高，循环稳定性较差。

4. 合金类材料：如硅、锡、锑、锗等。合金类材料的储钠比容量较高，但在充放电过程中会发生较大的体积变化，导致电极结构破坏，影响电池的循环性能。通过合理的结构设计和纳米化处理等方法，可以在一定程度上缓解体积变化问题，提高合金类负极材料的性能。

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