钠电池负极材料介绍

锂电的正极材料路线可以适用于钠电正极材料（层状金属氧化物），但锂电负极材料石墨却不适用钠电池。这是因为钠虽然和锂是同一主族元素，但钠离子原子半径比锂离子大35%以上，无法与石墨形成热稳定的插层化合物，使其应用受到很大限制。另外，研究表明钠离子-石墨嵌入反应的结合能G > 0，导致钠离子在石墨层间进行嵌脱的有效性下降。

目前关于钠电池负极材料的选择主要有碳基、钛基、有机类和合金类负极材料等。而碳基材料又分为硬碳和软碳等。硬碳具有稳定性高、用途广泛、成本低、可逆容量高等优点，成为钠离子电池负极材料的热门研究对象。

软炭是指可石墨化碳，主要有石油焦、针状焦、碳纤维、焦炭、碳微球等。石油焦、碳纤维、碳微球，这类材料的结构常为无序，晶粒尺寸小,碳原子之间的排列是任意旋转或平移的，这使其具有较大的层间距和较小的层平面中扩散速率较快，能使电池进行更高速的充放电，且无定形炭比表面积大，表面含较多的极性基团，能与电解液有较好的相容性。

常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂和聚糠醇PFA-C等）、有机聚合物热解碳（如PFA、PVC、PVDF和PAN等）和炭黑（乙族黑）等。研究发现，硬碳材料均具有很高的可逆比容量（一般为500~700mA）。

前驱体主要分为生物质基、高分子类、树脂类和煤基类炭材料。生物质前 驱体主要是指植物的根茎叶等(例如:香蕉皮、泥煤苔、花生壳、树叶、苹果皮、 柚子皮、杨木和棉花等)。高分子类通常指碳水化合物前驱体主要包括葡萄糖、 蔗糖、淀粉、纤维素和木质素等通过生物质提取而来的化工产品。树脂前驱体主 要包括酚醛树脂、聚苯胺和聚丙烯腈等。用于生产硬碳的主要为生物质、树脂类和高分子类前驱体，制备软碳材料 的前驱体主要包括石油化工原料及其下游产品，如煤、沥青、石油焦等，但是直 接碳化的软碳材料在钠离子电池中表现出较低的可逆容量。

钠电池负极材料硬碳制备的核心技术路线包括原材料选取与预处理、交联固化、碳化及纯化等。不同种类的前驱体在硬碳负极材料制备过程中也存在工艺上的差别。中间步骤的温度控制，气体氛围、加热时长等影响着了负极材料孔径大小、纯度、氧含量、比表面积等。也间接影响电池的首次效率、能量密度、安全性等因素。