2020届高考化学二轮题型对题必练
——钠及钠离子电池
1.我国对“可呼吸”的钠-二氧化碳电池的研究取得突破性进展。该电池的总反应式
充电
2Na2CO3＋C，其工作原理如图所示(放电时产生的Na2CO3固体为：4Na＋3CO2
放电
储存于碳纳米管中)。下列说法不正确的是()
A. 放电时,钠金属片作负极,碳纳米管作正极
B. 充电时,阳极反应为：
C. 放电时,从负极区向正极区移动
D. 该电池的电解质溶液也可使用的水溶液
2.西安交大何雅玲院士团队提出了无需加入额外电解质的钠离子直接甲酸盐燃料电
池，该电池能连续放电13小时，其工作原理如图所示，下列说法错误的是（）
A. 电子移动方向：石墨1极导线石墨2极
B. 石墨2电极发生还原反应
C. 石墨1电极发生的电极反应为
D. 产生1molNaOH,消耗的
3.近日我国多个科研部门联合研究出了一种锂钠合金作负极材料的Li/Na－O2电池，
该电池使用了三氟甲磺酸钠(NaCF3SO3)的四乙二醇二甲醚( TEGDME)溶液作为电解液，其简化结构如图所示，电池工作时正极材料表面生成Li2O2和Na2O2，下列说法错误的是( )
A. 外电路中电子由锂钠合金电极移向碳纳米管电极
B. 电解液中的溶剂四乙二醇二甲醚不能换成水
C. 电池工作时消耗标准状况下的,转移电子数为
D. 充电时阳极反应之一是
4.如图装置可利用氢镍电池给钠硫电池充电。已知氢镍电池放电时的总反应为：
。下列说法错．误．的是（）
误
A. a为氢镍电池的负极
B. 氢镍电池工作时负极电极反应为
C. 充电时,通过固体陶瓷向M极移动
D. 充电时,外电路中每通过电子,N极生成单质
5.碳呼吸电池被誉为改变世界的技术。设想用碳呼吸电池为钠硫电池（2Na＋xS
Na2S x）充电，如下图所示。下列说法正确的是（）
A. 碳呼吸电池工作时浓度不断减小
B. 充电时,通过固体氧化铝陶瓷向N极移动
C. 碳呼吸电池中Al电极为负极,b极是多孔碳电极
D. 该充电过程中碳呼吸电池每消耗1 molAl,理论上N极可
生成
6.水系钠离子电池安全性能好、价格低廉、对环境友好，有着巨大的市场前景。下图
为某钠离子二次电池工作原理示意图，电池反应为
下列说法错误的是（）
A. 充电时,a接电源正极
B. 放电时,溶液中的在电极上得电子被还原
C. 放电时,电极上的电极反应为
D. 理论上,该电池在充放电过程中溶液中的不变
7.某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。光电极能使电池在太阳光照下充
电,充电时转化为。下列说法正确的是( )
A. 充电时,太阳能转化为化学能,化学能又转化为电能
B. 放电时,a极为负极
C. 充电时,阳极的电极反应式为：
D. M可以使用阴离子交换膜
8.C-NaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池，据悉该电池可以将传统锂电池的
续航能力提升7倍。该电池的电池反应式为：NaMO2 + nC Na(1-x)MO2 + Na x C n，下
列有关该电池的说法正确的是
A. 电池放电时,溶液中钠离子向负极移动
B. 该电池负极的电极反应为
C. 消耗相同质量金属时,用锂作负极产生电子的物质的量比用钠时少
D. 电池充电时的阳极反应式为：
9.钠硫电池（如下图）以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2S x)分别作为两个电极的
反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，电池反应为：2Na+xS=Na2S x。下
列说法正确的是
A. 放电时,电极A为负极,由B向A移动
B. 该电池工作的适宜温度应控制在常温
C. 充电时,电极B的反应式为
D. 充电时,电极B接电源的负极
10.钠-氯化镍电池以β-Al2O3(Al2O3?x Na2O)作为固体电解质构成的一种新型电池
放电
(2Na+NiCl2
Ni+2NaCl ), 其结构如图所示。
充电
下列关于该电池的叙述错误的是
A. 放电时NaCl在熔融电解质中生成
B. 充电时阴极反应：
C. 氯离子通过 在两电极间移动
D. 如果电池过度放电, 可能被还原
11.室温钠空气电池是一种带有只允许Na＋通过的离子交换膜结构的新型二次电池，该
电池放电时的总反应式为2Na＋O2＝Na2O2，则下列说法不正确的是
A. 放电时,钠为负极,电极反应式为
B. 充电时,阳极的电极反应式为
C. 该电池的电解液应用非水溶剂
D. 用该电池电解精炼铜,当外电路中通过的电子为2mol时,电解池中作阳极的粗铜
质量减少64g
12.现在污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯
酚（），同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法正确的是
A. 当外电路中有转移时,A极区增加的的个数为
B. A极的电极反应式为
C. 铁电极应与Y相连接
D. 反应过程中甲中右边区域溶液pH逐渐升高
13.2016年我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na－CO2电池。放电时该电池“吸
入”CO2，充电时“呼出”CO2。吸入CO2时，其工作原理如图所示。吸收的全部CO2中，有2／3转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管（MWCNT）电极表面。
下列说法正确的是
A. “吸入”时,钠箔为正极
B. “呼出”时,向多壁碳纳米管电极移动
C. “吸入”时,正极反应为
D. 标准状况下,每“呼出”,转移电子数为
14.电化学在日常生活中用途广泛，图①是镁、次氯酸钠燃料电池的示意图，电池总反
应式为Mg＋ClO-＋H2O＝Cl-＋Mg（OH）2，图②是电解法除去工业废水中的。
下列说法正确的是
A. 图②中,向铁电极移动,与该极附近的结合转化成除去
B. 图②中,阳极的电极反应式为
C. 图①中,发生的氧化反应为
D. 若图①中镁溶解产生的电量用以图②废水处理,理论可除去的物质
的量为
15.碳呼吸电池是2016年十大创新技术之一。利用碳呼吸电池为钠硫电池充电的实验
装置如图所示。下列说法正确的是（）
A. a极为多孔碳电极
B. 充电时,通过固体氧化铝陶瓷向N极移动
C. 充电过程中每得到,N极上可生成3x mol S单质
D. 随着反应的进行,碳呼吸电池中浓度不断减小
16.我国科学家发明了一种安全可充电的柔性水系钠离子电池，可用生理盐水或细胞培
养基为电解质，电池放电的总反应式为：Na0.44MnO2+NaTi2（PO4）
=Na0.44-x MnO2+Na1+x Ti2（PO4）3，其工作原理如下图。下列说法错误的是（）3
A. 放电时,向X极移动
B. 该电池充电时Y极应该与电源的正极相连
C. 充电时,阴极反应为：
D. 该电池可能作为可植入人体的电子医疗设备的电源
17.图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料二次
电池，则下列说法正确的是（）
A. 图1若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸,用导线将a、b直接相连,则铅笔芯
C点反应为
B. 图2放电过程中,从正极区向负极区迁移
C. 图2充电时阳极区反应为
D. 图1若用KI淀粉溶液浸湿滤纸,用导线将a、b与A、B电极相连,若铅笔芯C点
处出现蓝色,则b接的是A电极
18.以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。
下列说法正确的是（）
硅基锂离子电池负极材料 硅是目前已知比容量（4200mAh/g）最高的锂离子电池负极材料，但由于其巨大的体积效应（>300%），硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落，使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触，同时不断形成新的固相电解质层SEI，最终导致电化学性能的恶化。近年来，研究者们做了大量的研究和探索，尝试解决这些问题并取得了一定的成效，下面就由小编带着大家看看这一领域的研究进展，并提出进一步的研究方向和应用前景。 硅的脱嵌锂机理和容量衰减机制 硅不具有石墨基材料的层状结构，其储锂机制和其他金属一样，是通过与锂离子的合金化和去合金化进行的，其充放电电极反应可以写作下式： Si+xLi++xe-LiXSi 图1硅基锂离子电池原理图：（a）充电；（b）放电
在与锂离子发生合金与去合金化过程中，硅的结构会经历一系列的变化，而硅锂合金的结构转变和稳定性直接关系到电子的输送。 根据硅的脱嵌锂机理，我们可以把硅的容量衰减机制归纳如下：（1）在首次放电过程中，随着电压的下降，首先形成嵌锂硅与未嵌锂晶态硅两相共存的核壳结构。随着嵌锂深度的增加，锂离子与内部晶体硅反应生成硅锂合金，最终以Li15Si4的合金形式存在。这一过程中相比于原始状态硅体积变大约3倍，巨大的体积效应导致硅电极的结构破坏，活性物质与集流体'活性物质与活性物质之间失去电接触，锂离子的脱嵌过程不能顺利进行，造成巨大的不可逆容量。（2）巨大的体积效应还会影响到SEI的形成，随着脱嵌锂过程的进行，硅表面的SEI会随着体积膨胀而破裂再形成，使得SEI越来越厚。由于SEI的形成会消耗锂离子，因而造成了较大的不可逆容量。同时SEI较差的导电性还会使得电极的阻抗随着充放电过程不断增大，阻碍集流体与活性物质的电接触，增加了锂离子的扩散距离，阻碍锂离子的顺利脱嵌，造成容量的快速衰减。同时较厚的SEI还会造成较大的机械应力，对电极结构造成进一步破坏。（3）不稳定的SEI层还会使得硅及硅锂合金与电解液直接接触而损耗，造成容量损失。 硅材料的选择与结构设计 1.无定型硅和硅的氧化物 （1）无定型硅 无定形硅在低电位下拥有较高的容量，作为锂离子电池负极材料"相比于石墨类电极材料安全性能更高。但无定形硅材料只能在有限程度上缓解颗粒的破碎和粉化，其循环稳定性仍不能满足作为高容量电池负极材料的要求。 （2）硅的氧化物 作为锂离子电池负极材料，SiO具有较高的理论比容量（1200mAh/g以上）、良好的循环性能以及较低的脱嵌锂电位，因此也是一种极具潜力的高容量锂离子电池负极材料。但氧化硅含氧量的不同也会影响其稳定性和可逆容量：随着氧化硅中氧的提高，循环性能提高，但可逆容量减小。 除此之外，硅氧化物作为锂离子电池负极材料还存在一些问题：由于首次嵌锂过程中Li2O和锂硅酸盐形成过程是不可逆的，使得首次库仑效率很低；同时Li2O和锂硅酸盐导电性差，使得电化学动力学性能较差，因而其倍率性能差；相比于单质硅，硅氧化物作为负极材料的循环稳定性更好，但是随着循环次数继续增加，其稳定性仍然很差。 2.低维硅材料
钠离子电池负极材料 摘要 在大量电池需求下，由于钠相对于锂更加环保、价格低廉、分布广泛等优点，对钠离子电池负极材料的研究热情日益高涨。钠离子电池负极材料主要分为含碳材料、氧化物/磷酸盐（钠嵌入材料）、钠合金/复合物等。阐述不同的材料有不同的嵌入/脱嵌钠的反应机制。同时强调钠离子电池作为锂离子电池潜在的商业对手，由于价格低廉和相对高的能量密度带来的前景。 1.引言 可充电锂电池，通常叫做锂离子电池，，被认为是至今最成功和成熟的能量储存装置。起初因为高能和安全被广泛研究，同时作为电车的可选电源。配备大量锂电池作为电源的电车已经慢慢占领电动市场，将来有望减少对化石燃料的依赖性。但是必要元素锂广泛分布在地壳，并不能被认为很充足；同时，自从锂离子电池的商业化，锂材料价格迅速上升。恰恰相反，钠元素广泛存在于海盐中，可谓用之不尽；同时作为半径仅次于锂的第二轻的碱金属元素，化学性质与锂相似。 钠与锂有些许的差别：钠 原子是锂原子的三倍重，离子 半径更大，Na/Na+标准电势高 于Li/Li+3.4V，相应地体能量 密度或者重量能量密度低，钠 熔点（97.7℃）低于锂熔点 （180.5℃），所以钠的安全性 低于锂。因为钠离子半径大， 主电极材料要求有充足大的 间隙容纳钠离子，进行可逆、 迅速的离子/电子注入与排出。 钠离子电池主要的障碍在于合适的负电极。石墨烯的发现，加速了锂离子电池的发展，理论容量为372 mA h g-1，低平的工作电压平台。不幸的是，石墨烯不能作为钠离子的嵌入主体。随着对大规模电能储存电池要求的增加，产生对NIB的研究热情。在过去的三四十年，由于全世界大量的研究努力，NIB的负极化学性能已经有了极大提高。对NIB负极材料大致分为四类：⑴含碳材料⑵氧化物/磷酸盐材料（嵌入）⑶p-block元素⑷氧化物/硫酸盐（还原反应） 2.碳基电极 2.1钠注入硬碳 由于石墨烯可逆容量高达360 mA h g-1，被广泛作为LIB负极材料。然而在钠电池中化学活性非常低，仅有在氦气或真空条件加热金属钠小量的钠原子可以注入到石墨烯，形成NaC64，远远小于Li和K。较低晶态碳如软碳、硬碳，有更高的电化学活性。通常软碳包含无序结构，在高于2800℃是石墨化的。在高于600-700℃软碳高于石墨在锂电池的容量。然而初始循环后由于在软碳表面电解质分解，产生不可逆容量。硬碳（所谓的非石墨化碳）有类似于软碳的无序结构，
2020届届届届届届届届届届届届届 ——届届届届届届届 1.我国对“可呼吸”的钠-二氧化碳电池的研究取得突破性进展。该电池的总反应式 充电 2Na2CO3＋C,其工作原理如图所示(放电时产生的Na2CO3固体储为：4Na＋3CO2? 放电 存于碳纳米管中)。下列说法不正确的是() A. 放电时,钠金属片作负极,碳纳米管作正极 B. 充电时,阳极反应为：2Na2CO3+C?4e?=3CO2↑+4Na+ C. 放电时,Na+从负极区向正极区移动 D. 该电池的电解质溶液也可使用NaClO4的水溶液 2.西安交大何雅玲院士团队提出了无需加入额外电解质的钠离子直接甲酸盐燃料电 池,该电池能连续放电13小时,其工作原理如图所示,下列说法错误的是（） A. 电子移动方向：石墨1极→导线→石墨2极 B. 石墨2电极发生还原反应 C. 石墨1电极发生的电极反应为HCOO?+3OH??2e?=CO32?+2H2O D. 产生1molNaOH,消耗5.6L的O2 3.近日我国多个科研部门联合研究出了一种锂钠合金作负极材料的Li/Na－O2电池, 该电池使用了三氟甲磺酸钠(NaCF3SO3)的四乙二醇二甲醚( TEGDME)溶液作为电解液,其简化结构如图所示,电池工作时正极材料表面生成Li2O2和Na2O2,下列说法错误的是( ) A. 外电路中电子由锂钠合金电极移向碳纳米管电极 B. 电解液中的溶剂四乙二醇二甲醚不能换成水
C. 电池工作时消耗标准状况下的22.4LO2,转移电子数为4N A D. 充电时阳极反应之一是Na2O2?2e?=2Na++O2 4.如图装置可利用氢镍电池给钠硫电池充电。已知氢镍电池放电时的总反应为： NiO(OH)+MH????Ni(OH)2+M。下列说法错．误．的是（） 误 A. a为氢镍电池的负极 B. 氢镍电池工作时负极电极反应为MH+OH??e?=M+H2O C. 充电时,Na+通过固体Al2O3陶瓷向M极移动 D. 充电时,外电路中每通过电子,N极生成32gS单质 5.碳呼吸电池被誉为改变世界的技术。设想用碳呼吸电池为钠硫电池（2Na＋xS Na2S x）充电,如下图所示。下列说法正确的是（） A. 碳呼吸电池工作时C2O42?浓度不断减小 B. 充电时,Na+通过固体氧化铝陶瓷向N极移动 C. 碳呼吸电池中Al电极为负极,b极是多孔碳电极 D. 该充电过程中碳呼吸电池每消耗1 molAl,理论上N极可 生成1.5molS 6.水系钠离子电池安全性能好、价格低廉、对环境友好,有着巨大的市场前景。下图 为某钠离子二次电池工作原理示意图,电池反应为 下列说法错误的是（） A. 充电时,a接电源正极 B. 放电时,溶液中的Na+在NaFePO4F电极上得电子被还原 C. 放电时,Na3Ti2(PO4)3电极上的电极反应为Na3Ti2(PO4)3? 2e?NaTi2(PO4)3+2Na+ D. 理论上,该电池在充放电过程中溶液中的c(Na+)不变
锂电池负极材料大体分为以下几种： 第一种是碳负极材料： 目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 第二种是锡基负极材料： 锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。 第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。 第四种是合金类负极材料： 包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金，目前也没有商业化产品。 第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。 第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。 锂金属电池 锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极（负极）、以二氧化锰为阴极（正极），并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh)；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤10%)；工作温度范围－20℃～+60℃。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。 锂离子电池 可充电锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在±1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC，以保证安全、可靠、快速地充电。 现在手机已十分普遍，基本上都是使用锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联并联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压，因为近年材料的变化，一般为3.7V，磷酸铁锂（以下称磷铁）正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压一般是4.2V，磷铁3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V～3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同，一般为3.0V，磷铁为2.5V)。低于2.5V（磷铁2.0V）继续放电称为过放，过放对电池会有损害。
新型硅负极材料在锂离子电池中的应用研究 吴孟涛 天津巴莫科技股份有限公司 当今社会便携式可移动电子设备的高速发展极大的刺激了市场对重量轻体积小容量和能量密度更高的锂离子电池的需求。目前商业化锂离子电池都是以碳基材料作为负极的，但由于石墨负极的可逆容量只有372mAh/g (LiC6)，严重限制了未来锂离子电池的发展，所以研发下一代锂离子电池负极材料成为新的热点。人们发现在Li22Si5中硅的恒流理论容量达到了4200mAh/g，是极具开发潜力的锂离子负极材料。但这种材料的缺点也很突出：在嵌锂和脱锂过程中材料体积会发生膨胀，微观结构发生改变而导致在嵌锂脱嵌过程中电极的断裂和损耗[1]。虽然不少文献提出了很多改进方法但由于制备出的硅薄膜材料厚度较薄，不适宜商业化生产。为了使硅负极可以应用于实际生产，我公司以无定形硅薄膜溅射在铜箔上成功制备出了厚度大于1μ的硅薄膜负极材料并与市场上的LiCoO2制成电池进行了一系列循环和倍率性能测试。 1 实验： 硅薄膜是以物理溅射的方法在表面粗糙的铜箔上的[2]。表面形貌分析应用的是HRTEM(FEI Tecnai20).制备出的硅薄膜材料在80℃下真空干燥24h，与市场上销售的LiCoO2在手套箱中组成2025扣式全电池。电解液为1M LiPF6/EC+DMC(体积比1：1)；隔膜使用的是Celgard-2300。所有倍率试验和循环性能试验都是在电脑控制的25±1℃恒温系统中进行的。 2结果与讨论： 图1是循环前硅薄膜材料的HRTEM图和SAED图，从图中可以清楚看出涂在铜箔上的硅薄膜是无定形状态的。 图1 硅薄膜材料的HRTEM图和SAED图
第46卷第4期2018年4月 硅酸盐学报Vol. 46，No. 4 April，2018 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY https://www.doczj.com/doc/8f5837215.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2018.04.05 钠离子电池正负极材料研究新进展 潘都1,2，戚兴国1，刘丽露1，蒋礼威1，陆雅翔1，白莹2，胡勇胜1，陈立泉1 (1. 中国科学院物理研究所清洁能源实验室，北京 100190； 2. 河南大学物理与电子学院，河南大学光伏材料重点实验室，河南开封 475004) 摘要：锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长等优点在储能领域备受关注，但锂资源稀缺与分布不均制约了其大规模应用。基于与锂离子电池相似离子穿梭原理的钠离子电池由于钠资源丰富、成本低廉、适合于大规模储能等优点近年来发展迅速。本文介绍一些典型的钠离子电池正负极材料的研究新进展，评述其应用可行性及目前面临的问题，为长寿命、低成本钠离子电池的设计与开发提供参考依据。 关键词：规模储能；钠离子电池；正极材料；负极材料。 中图分类号：TM911 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2018)04–0479–20 网络出版时间：网络出版地址： Recent Development on of Cathode and Anode Materials for Sodium-Ion Batteries P AN Du1, 2, QI Xingguo1, LIU Lilu1, JIANG Liwei1, LU Yaxiang1, BAI Ying2, HU Yongsheng1, C HEN Liquan1 (1. Key Laboratory for Renewable Energy, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2. School of Physics & Electronics and Henan Key Laboratory of Photovoltaic Materials, Henan University, Kaifeng 475004, Henan, China) Abstract: Lithium-ion batteries (LIBs) used in energy storage have attracted much attention due to the advantages of high energy density and long cycle life. However, the limited resources and uneven distribution restrict its large-scale application in grid energy storage. Therefore, sodium-ion batteries (SIBs) with the similar ion shuttling principle as LIBs are rapidly developed in recent years due to the massive abundance and low cost, which are suitable for large-scale energy storage system. This review introduced cathode and anode materials of SIBs developed in recent years. In addition, some challenges in practical application were also analyzed. Keywords: large-scale energy storage; sodium-ion batteries; cathode materials; anode materials. 随着人类社会的不断发展，化石燃料已经成为人们生活的主要供电来源。大范围地使用化石燃料而排放出的二氧化碳气体，成为全球变暖的主要原因之一。因此，新型电网中大力发展可再生能源如风能和太阳能的已经变得日益严峻和迫切。然而，电网的正常运行需要持续稳定的电力供给，但考虑到太阳能和风能过度依赖于环境、天气、季节和地点等自然和地理因素，并不适合直接并入电网。为了克服这个问题，诞生了各种储能技术，目前主要包括物理储能和化学储能。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、超导储能和飞轮储能等；化学储能则基于各种电化学储能器件，主要有铅酸电池、高温钠硫电池、钒液流电池、锂离子电池和超级电容器等。抽水蓄能是应用较多的物理储能技术，但是受到了地理条件的制约，难以实现对可再生能源发电站的灵活配套。电化学储能具有能量和功率密度 收稿日期：2017–07–16。修订日期：2017–09–30。 基金项目：国家重点研发计划(2016YFB0901504)项目；国家自然科学基金(11234013，51421002，51472268，51672069) 项目；中国 科学院“百人计划”项目。 第一作者：潘都(1989―)，男，博士研究生。 通信作者：胡勇胜(1976―)，男，博士，研究员。Received date: 2017–07–16. Revised date: 2017–09–30. First author: PAN Du (1989–), male, Doctoral candidate. E-mail: shangguandu@https://www.doczj.com/doc/8f5837215.html, Correspondent author: HU Yongsheng (1976–), male, Ph.D., Professor. E-mail: yshu@https://www.doczj.com/doc/8f5837215.html,
钠离子电池 近年来，随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，研究高能效、资源丰富及环境友好的储能材料是人类社会实现可持续性发展的必要条件。为满足规模庞大的市场需求，仅依靠能量密度、充放电倍率等性能衡量电池材料是远远不够的。电池的制造成本与能耗是否对环境造成污染以及资源的回收利用率也将成为评价电池材料的重要指标。电池发展有以下显著特点:绿色环保电池发展迅猛;一次电池向二次电池转化,这有利于节约地球有限的资源,符合可持续发展的战略;电池进一步向小、轻、薄方向发展。 钠是地球上储量较丰富的元素之一，与锂的化学性能类似，因此也可能适用于锂离子电池体系。钠离子电池相比锂离子电池有诸多优势，如成本低，安全性好，随着研究的深入，钠离子电池将越来越具有成本效益，并有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用。 1钠离子电池电化学原理 同为元素周期表第I主族的钠离子和锂离子的性质有许多相似之处，钠离子完全有可能和锂离子电池一样构造一种广泛使用的二次电池。并且钠离子电池与锂离子电池相比，原材料成本比锂离子电池低，半电池电位(E0Na+/Na=E0Li+/Li+0.3)比锂离子电池高，适合采用分解电压更低的电解液，因而安全性能更佳。钠离子电池不以钠作为负极，而是由硬碳或嵌入化合物组成。
（1）钠离子电池优点：依据目前的研究进展，钠离子电池与锂离子电池相比有3个突出优势：①原料资源丰富，成本低廉，分布广泛；②钠离子电池的半电池电势较锂离子电势高0.3～0.4 V，即能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐，电解质的选择范围更宽； ③钠离子电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。 （2）钠离子电池缺陷：钠离子电池也存在着缺陷，如钠元素的相对原子质量比锂高很多，导致理论比容量小，不足锂的1/2；钠离子半径比锂离子半径大(Na+半径：95pm，Li+半径：60pm)，使得钠离子在电池材料中嵌入与脱出更难。下图为钠离子电池的电极材料：
钠离子电池 钠离子电池实际上是一种浓差电池，正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成。充电时，Na+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子的补偿电荷经外电路供给到极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，Na+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于处于富钠态。 钠离子电池工作原理示意图 几种重要的钠离子电池正、负极材料的容量和电压值 中科院物理设计了一系列含Cu的O3相层状氧化物材料，其通式可以写为 Naa[Cu1-x-y-z-d Fe x Mn y Ti z D d]O2 (D: dopant, e.g., Li, Mg, Al, etc., 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 ≤ z < 1, 0 ≤d < 1,0.6 < a ≤1) ，实现了Cu2+/Cu3+的氧化还原反应。其中， O3-Na0.90[Cu0.22Fe0.30Mn0.48]O2正极材料可以实现0.4个钠离子的可逆脱嵌，可逆
容量达到100 mAh/g。该钠离子电池正极材料是迄今发现的唯一可在空气中稳定的O3相层状氧化物材料；且循环性能优异，100周循环后容量保持率97%。使用该材料作为正极、硬碳作为负极组装的钠离子全电池具有210 Wh/Kg的能量密度（基于正负极活性物质质量计算得到） Advanced Materials, 2015, 27, 6928-6933 Yu et al.制备了在碳纳米纤维中植入单层MoS2纳米片所制备的钠离子电池的容量密度达到854mA·h/g Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2152 –2156
第34卷第4期 硅酸盐通报Vol．34No．42015年4月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETY April ，2015 锂离子电池硅/碳复合负极材料的研究进展 张瑛洁，刘洪兵 （东北电力大学化学工程学院，吉林132012） 摘要：负极材料是制约锂离子电池发展的重要因素之一。硅/碳复合材料储锂容量高、循环稳定性好，是目前制备 新型锂离子电池负极材料的研究热点。介绍了硅/碳复合材料的不同制备方法和复合结构以及优良的电化学性 能，综述了硅/碳复合材料的研究进展，并对未来的发展方向进行了展望。 关键词：锂离子电池；硅/碳复合材料；制备方法；复合结构；电化学性能 中图分类号：TQ152文献标识码：A 文章编号：1001- 1625（2015）04-0989-06Ｒesearch Progress on Si /C Composite Anode Materials for Lithium-ion Battery ZHANG Ying-jie ，LIU Hong-bing （School of Chemical Engineering ，Northeast Dianli University ，Jilin 132012，China ） Abstract ：Anode materials is a major factor that restricts the development of lithium-ion batteries．Si /C composite materials ，which possesses high capacity and cycling stability ，becomes the hot spot to preparation of new type lithium-ion battery anode materials at present．Different preparation methods of Si /C composite materials ，composite structures ，and excellent electrochemical performance were introduced．And the research progress of Si /C composites was summarized．Subsequently ，the future development direction of Si /C composite materials was prospected as well． Key words ：lithium ion battery ；Si /C composite materials ；preparation method ；complex structure ； electrochemical performance 基金项目：吉林省科技厅产业技术创新战略联盟项目（20130305017GX ）；吉林省教育厅吉教科合字［ 2014］第103号作者简介：张瑛洁（1969-），女，教授， 博士．主要从事水的深度处理方面的研究．1引言 负极材料储锂容量是制约锂离子电池应用范围的关键因素，硅/碳复合材料作为一类应用潜力巨大的负 极材料， 成为近年来研究的热点。碳与硅相近似的化学性质，为两者的紧密结合提供了理论依据，所以碳常用作与硅复合的首选基质。硅通常与石墨、石墨烯、无定型碳和碳纳米管等不同的碳基质制备复合材料，在硅碳复合的体系中硅主要作为活性物质，提供容量 ［1-3］；碳材料一般作为分散基质，限制硅颗粒的体积变化，并作为导电网络维持电极内部良好的电接触［4-6］。理论上，硅/碳复合材料储锂容量高，导电性能好，但要成为可商用的锂离子电池负极材料，面临着两个基本的挑战：循环稳定性差和可逆循环容量保持率低。不同的制备方法以及复合结构都会对复合材料的电化学性能产生影响，开发强附着性、紧密电接触、耐用的新型硅碳复合材料，对促进硅/碳复合材料实际应用的进程具有重大意义。本文着重从制备方法、复合结构及电化学性能等方面综述了硅/碳复合材料近年来的研究进展，以期对后续的研究人员的相关实验提供理论依据。DOI:10.16552/https://www.doczj.com/doc/8f5837215.html,ki.issn1001-1625.2015.04.018
锂离子电池负极材料的研究进展 摘要：随着时代的进步，能源与人类社会的生存和发展密切相关，持续发展是全人类的、共同愿望与奋斗目标。矿物能源会很快枯竭，解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染是对国家经济和安全的挑战也是对科学技术界地挑战。电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已经成为全球经济发展的一个新热点本文阐述了锂离子负极材料的基本特性，综述了碳类材料、硅类材料以及这两种材料形成的复合材料作为锂离子电池负极材料的研究及开发应用现状。 关键词：锂离子电池负极材料碳/硅复合材料 引言：电极是电池的核心，由活性物质和导电骨架组成正负极活性物质是产生电能的源泉，是决定电池基本特性的重要组成部分。本文就锂离子电池的负极材料进行研究。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池。它不仅具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点，而且污染小，符合环保要求。随着技术的进步，锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天、生物医学工程等领域，因此,研究与开发动力用锂离子电池及其相关材料有重大意义。对于动力用锂离子电池而言，关键是提高功率密度和能量密度，而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料，特别是负极材料的改善。 1、锂离子负极材料的基本特性 锂离子电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。锂离子电池负极材料应具备以下几个条件： (1) 应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌且在锂离子嵌入和脱出时无结构上的变化，以使电极具有良好的充放电可逆性和循环寿命； (2) 锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出，以使电极具有较高的可逆容量。在锂离子的脱嵌过程中，电池有较平稳的充放电电压； (3) 首次不可逆放电比容量较小； (4) 安全性能好； (5) 与电解质溶剂相容性好； (6) 资源丰富、价格低廉； (7) 安全、不会污染环境。 现有的负极材料很难同时满足上述要求。因此，研究和开发新的电化学性能更好的负极材料成为锂离子电池研究领域的热门课题。 2、选材要求 一般来说，锂离子电池负极材料的选择主要要遵循以下原则：1、插锂时的氧化还原电位应尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；2、锂能够尽可能多地在主体材料中可逆的脱嵌，比容量值大；3、在锂的脱嵌过程中，主体结构没有或很少发生变化，以确保好的循环性能；4、氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能的少，这样电池的电压不会发生显著变化，可以保持较平稳的充放电：5、插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这样可以减少极化并能进行大电池充放电；6、具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的固体电解质界面膜；7、锂离子在主体材料有较大的扩散系数，便于快速的充放电；8、价格便宜，资源丰富对环境无污染 3、负极材料的主要类型用作锂离子电池负极材料的种类繁多，根据主体相
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(4), 248-252 Published Online April 2020 in Hans. https://www.doczj.com/doc/8f5837215.html,/journal/ms https://https://www.doczj.com/doc/8f5837215.html,/10.12677/ms.2020.104030 Research and Development Status and Trend of Silicon Carbon Anode Materials for Lithium Ion Batteries Yimin Xie1*, Jin Guo2, Xianhua Dong1 1Shandong Tianli Energy Co., Ltd., Jinan Shandong 2Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Sinopec, Dalian Liaoning Received: Mar. 31st, 2020; accepted: Apr. 15th, 2020; published: Apr. 22nd, 2020 Abstract This paper introduces the development process, research and development status and develop-ment trend of silicon carbon anode materials for lithium-ion batteries. The electrochemical prop-erties of the silicon carbon anode materials with different materials and different methods are quite different. The specific capacity ranges from about 500 mAh/g to about 2000 mAh/g. After 40 cycles, the capacity retention rate ranges from 47% to more than 90%. The research and devel-opment trend of silicon carbon anode materials is put forward. In the research and development process, the raw materials and material composite methods should be determined according to the use goal of the battery. In addition, attention should be paid to the uniformity of the micro structure and the stability of the macro structure, so as to solve the problems of volume expansion and poor conductivity of silicon materials. Keywords Lithium Ion Battery, Silicon Carbon Anode, Composite Material, High Specific Capacity 锂离子电池硅碳负极材料研发现状与发展趋势 谢以民1*，郭金2，董宪华1 1山东天力能源股份有限公司，山东济南 2中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，辽宁大连 收稿日期：2020年3月31日；录用日期：2020年4月15日；发布日期：2020年4月22日 *通讯作者。
2020届高考化学二轮题型对题必练 ——钠及钠离子电池 1.我国对“可呼吸”的钠-二氧化碳电池的研究取得突破性进展。该电池的总反应式 充电 2Na2CO3＋C，其工作原理如图所示(放电时产生的Na2CO3固体为：4Na＋3CO2 放电 储存于碳纳米管中)。下列说法不正确的是() A. 放电时,钠金属片作负极,碳纳米管作正极 B. 充电时,阳极反应为： C. 放电时,从负极区向正极区移动 D. 该电池的电解质溶液也可使用的水溶液 2.西安交大何雅玲院士团队提出了无需加入额外电解质的钠离子直接甲酸盐燃料电 池，该电池能连续放电13小时，其工作原理如图所示，下列说法错误的是（） A. 电子移动方向：石墨1极导线石墨2极 B. 石墨2电极发生还原反应 C. 石墨1电极发生的电极反应为 D. 产生1molNaOH,消耗的 3.近日我国多个科研部门联合研究出了一种锂钠合金作负极材料的Li/Na－O2电池， 该电池使用了三氟甲磺酸钠(NaCF3SO3)的四乙二醇二甲醚( TEGDME)溶液作为电解液，其简化结构如图所示，电池工作时正极材料表面生成Li2O2和Na2O2，下列说法错误的是( ) A. 外电路中电子由锂钠合金电极移向碳纳米管电极 B. 电解液中的溶剂四乙二醇二甲醚不能换成水
C. 电池工作时消耗标准状况下的,转移电子数为 D. 充电时阳极反应之一是 4.如图装置可利用氢镍电池给钠硫电池充电。已知氢镍电池放电时的总反应为： 。下列说法错．误．的是（） 误 A. a为氢镍电池的负极 B. 氢镍电池工作时负极电极反应为 C. 充电时,通过固体陶瓷向M极移动 D. 充电时,外电路中每通过电子,N极生成单质 5.碳呼吸电池被誉为改变世界的技术。设想用碳呼吸电池为钠硫电池（2Na＋xS Na2S x）充电，如下图所示。下列说法正确的是（） A. 碳呼吸电池工作时浓度不断减小 B. 充电时,通过固体氧化铝陶瓷向N极移动 C. 碳呼吸电池中Al电极为负极,b极是多孔碳电极 D. 该充电过程中碳呼吸电池每消耗1 molAl,理论上N极可 生成 6.水系钠离子电池安全性能好、价格低廉、对环境友好，有着巨大的市场前景。下图 为某钠离子二次电池工作原理示意图，电池反应为 下列说法错误的是（） A. 充电时,a接电源正极 B. 放电时,溶液中的在电极上得电子被还原 C. 放电时,电极上的电极反应为 D. 理论上,该电池在充放电过程中溶液中的不变
钠离子电池的电极材料研究进展 刘x 上海xx学院 摘要：钠离子电池在20世纪70年代末80年代初得到关注，但因锂离子电池优 异的电化学性能而没有得到广泛研究。随着电动汽车、智能电网时代的到来，锂资源短缺将成为制约其发展的重要因素。因此，亟需发展下一代综合性能优异的储能电池体系。钠离子电池具有比能量高、安全性能好、价格低廉等优点，而且钠和锂具有相似的物化性质，且钠资源丰富，因此，钠离子是非常有发展潜力的电池体系，近年来得到了国内外研究人员的广泛关注。在储能领域有望成为锂离子电池的替代品。本文阐述了钠离子电池电极材料的研究现状，对钠离子电池研究的正负极材料概述性讨论。正极材料有氧化物型、聚阴离子型；负极材料有碳 基材料、钛基材料和合金负极材料等，并分别阐明了各种材料的优势和局限性。关键词：钠离子电池；正极；负极 Research progress of electrode materials for sodium ion battery Liuw Shanghai University Of xxxxx Abstract: Sodium ion battery was initially researched alongside lithium ion battery in the late 1970s and through the 1980s. For the benefits of lithium ion batteries, namely higher energy density as a result of higher potential and lower molecular mass, shifted the focus of the battery community away from sodium. While lithium-ion battery technology is quite mature, there remain questions regarding lithium ion battery safety, lifetime, poor low-temperature performance, and cost. Furthermore, the rising demand for Li would force us to consider the growing price of Li resources due to the relative low abundance and uneven distribution of Li. Therefore, to explore low cost, highly safe, and cycling stable rechargeable batteries based on abundant resources is an urgent task. Sodium ion battery not only has the advantages of high energy density, good safety performance, low price, rich resources bur has the similar physical and chemical properties by comparing with lithium, which make the sodium ion extremely have the development potential of the battery system, have received extensive attention in recent years researchers at home and abroad. In the field of energy storage
万方数据
万方数据
万方数据
锂离子电池硅基负极材料研究进展 作者：崔清伟， 李建军， 戴仲葭， 连芳， 何向明， 田光宇， Cui Qingwei， Li Jianjun， Dai Zhongjia，Lian Fang， He Xiangming， Tian Guangyu 作者单位：崔清伟,Cui Qingwei(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084)， 李建军,戴仲葭,Li Jianjun,Dai Zhongjia(清华大学核能与新能源技术研究院,北京,100084) ， 连芳,Lian Fang(北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083)， 何向明,He Xiangming(清华大学核 能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)， 田光宇,Tian Guangyu(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084) 刊名： 化工新型材料 英文刊名：New Chemical Materials 年，卷(期)：2013,41(6) 被引用次数：7次 参考文献(20条) 1.庄全超,武山,刘文元,陆兆达锂离子电池材料研究进展[期刊论文]-电池 2003(2) 2.周恒辉,慈云祥,刘昌炎锂离子电池电极材料研究进展[期刊论文]-化学进展 1998(1) https://www.doczj.com/doc/8f5837215.html,z A;Huggins R A查看详情 2004 4.Huggins R A查看详情 1999 5.Lee K L;Jung J Y;Lee S W查看详情 2004 6.Cui L F;Ruffo R;Chan C K查看详情 2009(01) 7.Lv R;Yang J;Gao P查看详情 2009 8.Song, T.;Xia, J.;Lee, J.-H.;Lee, D.H.;Kwon, M.-S.;Choi, J.-M.;Wu, J.;Doo, S.K.;Chang, H.;Park, W.I.;Zang, D.S.;Kim, H.;Huang, Y.;Hwang, K.-C.;Rogers, J.A.;Paik, U.Arrays of sealed silicon nanotubes as anodes for lithium ion batteries[外文期刊] 2010(5) 9.Du C Y;Gao C H;Yin G P查看详情 2011 10.赵吉诗,何向明,万春荣,姜长印锂离子电池硅基负极材料研究进展[期刊论文]-稀有金属材料与工程 2007(8) 11.Wen Z S;Cheng M K;Sun J C查看详情 2010 12.Cui, L.-F.;Hu, L.;Choi, J.W.;Cui, Y.Light-weight free-standing carbon nanotube-silicon films for anodes of lithium ion batteries[外文期刊] 2010(7) 13.杜萍,高俊奎锂离子电池Si基负极研究进展[期刊论文]-电源技术 2010(4) 14.Wang X Y;Wen Z Y;Liu Y查看详情 2011 15.Chen H X;Xiao Y;Wang L查看详情 2011(16) 16.Kasavajjula U;Wang C;Appleby A J查看详情 2007 17.黄可龙;王兆翔;刘素琴锂离子电池原理与关键技术 2007 18.See-How Ng;Jiazhao Wang查看详情 2006 19.Si Q;Hanai K;Ichikawa T查看详情 2010 20.Zhou Z B;Xu Y H;Hojamberdiev M查看详情 2010 引证文献(2条) 1.刘云海,吴智鑫,姬超,闫腊梅,高虹锂离子电池Si-Ni负极材料的制备研究[期刊论文]-节能 2014(04) 2.陈雪芳,黄英,黄海舰,王科锂离子电池用硅负极材料的研究进展[期刊论文]-中国科技论文 2014(9) 引用本文格式：崔清伟.李建军.戴仲葭.连芳.何向明.田光宇.Cui Qingwei.Li Jianjun.Dai Zhongjia.Lian Fang.He Xiangming. Tian Guangyu锂离子电池硅基负极材料研究进展[期刊论文]-化工新型材料 2013(6)