Progress in Cathode Materials for Sodium⁃Ion Batteries

Journal of Petrochemical Universities ›› 2022, Vol. 35 ›› Issue (2): 1-8.DOI: 10.3969/j.issn.1006-396X.2022.02.001

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Progress in Cathode Materials for Sodium⁃Ion Batteries

Jiyuan You¹(), Yongan Cao¹, Shaoliang Meng¹, Jiucheng Zhao², Jun Wu², Wenju Wang¹()

^1.School of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing Jiangsu 210000，China
^2.Nanjing Ruihua New Energy Battery Technology Co. ，Ltd. ，Nanjing Jiangsu 221000，China

Received:2022-01-07 Revised:2022-02-16 Published:2022-04-25 Online:2022-06-10
Contact: Wenju Wang

钠离子电池正极材料研究进展

游济远¹(), 曹永安¹, 孟绍良¹, 赵久成², 吴军², 王文举¹()

^1.南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京 210000
^2.南京瑞华新能源电池科技有限公司，江苏南京 221000

通讯作者: 王文举
作者简介:游济远（1998⁃），男，博士研究生，从事钠离子电池正极材料相关研究；E⁃mail：youjiyuan@njust.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(21676148);中央高校基本科研业务费专项资金资助(30918012202)

Abstract

Abstract:

Against the background of fossil fuel exhaustion and lithium resources shortage,sodium?ion batteries are considered promising secondary batteries due to their abundant resources,low theoretical cost, good quick?charge performance and excellent low?temperature performance.They are expected to play a key role in developing new energy,large?scale energy storage and low?speed electric vehicles.The selected cathode material is one of the important factors influencing the energy density,cycling performance and rate performance of a sodium?ion battery.This paper reviews the cathode materials of sodium?ion batteries,including transition metal oxides, polyanionic compounds,Prussian blue compounds and organic compounds.The paper introduced the advantages and disadvantages of sodium?ion batteries,analyzed the characteristics and research focuses of various cathode materials,and provided an outlook on the development direction of cathode materials for sodium?ion batteries.

Key words: Sodium?ion battery, Cathode material, Transition metal oxide, Polyanionic compounds, Prussian blue compounds

摘要：

面对化石燃料日益枯竭、锂资源短缺等问题，钠离子电池以资源丰富、理论成本低、快充性能好、低温性能优异等优势被认为是发展新能源、大规模储能和低速电动交通工具中具有较大潜力的二次电池。钠离子电池正极材料是影响电池能量密度、循环性能、倍率性能等参数的重要因素之一，钠离子电池正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子类化合物、普鲁士蓝类化合物和有机类化合物。总结并介绍了钠离子正极材料，概括了钠离子电池的优劣势，分析了各类正极材料的自身特性和研究方向，对钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。

关键词: 钠离子电池, 正极材料, 过渡金属氧化物, 聚阴离子化合物, 普鲁士蓝类化合物

CLC Number:

O69

Jiyuan You, Yongan Cao, Shaoliang Meng, Jiucheng Zhao, Jun Wu, Wenju Wang. Progress in Cathode Materials for Sodium⁃Ion Batteries[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2022, 35(2): 1-8.

游济远, 曹永安, 孟绍良, 赵久成, 吴军, 王文举. 钠离子电池正极材料研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(2): 1-8.

Figures/Tables 7

Table 1 Performance comparison of sodium ion battery, lead acid battery and lithium ion battery

质量能量密度^①/（W

⋅

⋅

体积能量密度^①/(W

⋅

⋅

单位能量原料成本^②,③/

(元·W^-1·h^-1)

循环寿命/次

容量保持率/%

耐过放电性

锂离子电池

(磷酸铁锂/石墨体系)

钠离子电池

(铜基氧化物/煤基碳体系)

可放电至0 V

Table 1 Performance comparison of sodium ion battery, lead acid battery and lithium ion battery

电池类型

质量能量密度^①/（W

⋅

h

⋅

kg^-1）

体积能量密度^①/(W

⋅

h

⋅

L^-1）

单位能量原料成本^②,③/

(元·W^-1·h^-1)

循环寿命/次

工作电压/V

容量保持率/%

耐过放电性

安全性

环保特性

铅酸电池

30~50

60~100

0.40

300~500

2.0

<60

差

优

差

锂离子电池

(磷酸铁锂/石墨体系)

120~180

200~350

0.43

>3 000

3.2

<70

差

优

优

钠离子电池

(铜基氧化物/煤基碳体系)

100~150

180~280

0.29

>2 000

3.2

>88

可放电至0 V

优

优

Fig.1 Schematic diagram of working principle of sodium ion battery

Fig.2 Na0.44MnO2 unembedded Na+ schematic diagram

Fig.3 X?ray Phnom penh absorption spectra of P2?Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 cathode materials

Fig.4 Schematic diagram of M1 site and M2 site in the crystal structure of Na3V2(PO4)3（a） M1 （b） M2

Fig.5 Schematic diagram of crystal structure of Prussian blue compound Na2M[Fe(CN)6]

Fig.6 The loss of Na+ and the formation mechanism of Na4[Fe(CN)6]

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