鈉離子電池電極與鋰存儲電極的區(qū)別

近幾十年來，科研人員已經(jīng)提出了廣泛的納米材料和相關(guān)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)超過傳統(tǒng)電池電極的高容量。然而，在考慮電池中的非活性成分后，它們中的大多數(shù)顯示出低質(zhì)量負(fù)載和面積容量，這會降低電池級能量密度并增加成本。實(shí)現(xiàn)高面積容量對于這些先進(jìn)材料走出實(shí)驗(yàn)室并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要，但由于機(jī)械性能下降和在高質(zhì)量負(fù)載下電化學(xué)動(dòng)力學(xué)緩慢而仍然具有挑戰(zhàn)性。

有鑒于此，北京大學(xué)曹安源特聘研究員等回顧了先前報(bào)道的提高鋰面積容量的策略，包括材料設(shè)計(jì)、電極架構(gòu)優(yōu)化和新型制造技術(shù)；隨后討論了鈉離子電池電極，重點(diǎn)討論其與鋰存儲電極的區(qū)別；此外，作者還估計(jì)了基于具有不同厚度的高面積容量電極的軟包電池級能量密度。

本文要點(diǎn)：

（1）一些常用的薄膜電極策略可能不再適用于高負(fù)載。例如，單相納米材料的簡單形態(tài)工程變得不那么有效，并且大量高面積容量設(shè)計(jì)涉及與活性材料混合的多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以在高質(zhì)量負(fù)載下通過整個(gè)電極實(shí)現(xiàn)明確的電荷傳輸路徑。像石墨烯這樣的二維納米片由于其較大的表面積而在薄膜電極中得到了廣泛的研究，但與一維碳納米管或纖維相比，它們作為厚電極中的基底相對較少，因?yàn)樗鼈儍A向于形成具有減少的堆疊孔隙率并影響離子擴(kuò)散。該問題可以通過在石墨烯基結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建面內(nèi)孔或從納米片到納米帶的形態(tài)轉(zhuǎn)變來緩解。

（2）已經(jīng)提出了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高面積容量。例如，高振實(shí)密度的活性材料通常表現(xiàn)出相對較低的重量容量，因此在薄膜電極中很少報(bào)道，但是它是改善質(zhì)量負(fù)載和實(shí)現(xiàn)高面積容量的有效策略。關(guān)于電極制造方法，物理氣相沉積或原子層沉積等技術(shù)通常用于薄膜制造，很少有報(bào)道制造厚電極。相反，在與面積容量相關(guān)的研究中，更多的研究關(guān)注粉末擠壓成型、相轉(zhuǎn)化法和放電等離子燒結(jié)等新型制造方法。