文 献 综 述

1 引言

随着人类对能源的依存度不断提高，能源危机、资源匮乏、环境污染等压力不断加剧，人类将面临的首要问题是改善不合理的能源结构，开发清洁能源替代化石能源，如风能，太阳能等。但是这些可再生能源受到外界自然环境的限制，一般都具有随机性，间歇性，能量密度低的特点，如果将其产生的电能直接输入电网，会对电网产生很大的冲击^[1]。这种情况下，大规模发展储能系统能够提高社会整体能量的使用效率^[2、3]。在各种储能方式中，电化学储能具有投资少、效率高、用灵活等优点，得到了广泛的应用研究。锂离子电池由于其能量密度大、工作电压高、循环寿命长等优势，目前广泛应用于各类储能示范工作中。钠离子电池在20世纪70年代末80年代初得到广泛关注，但因锂离子电池优异的电化学性能而没有得到广泛的研究。随着电动汽车和大规模智能电网的快速发展，全球锂资源将无法满足锂离子电池的巨大需求，同时在政府推出大力发展大规模并网储能装置相关政策大环境下，开发可替代锂离子电池的储能技术非常必要。

图1锂电动车和混合电动车大规模应用对锂的消耗量预期

钠在地球中储量丰富，分布广泛，与锂处于同一主族，因此发展钠离子电池技术具有重要的意义，但钠的原子质量比锂大，标准电化学电势比锂低，因而钠离子电池能量密度无法与锂离子电池能量密度相媲美。然而，当大规模储能运用需要大量碱金属时，钠离子电池的成本优势就会显示出来。钠离子电池与锂离子电池本质上是一致的，均是一种摇椅式电池。借鉴锂离子电池的成功经验，钠离子电池经过近几年的快速发展，其关键材料电化学活性已经得到大大的提升。目前，钠离子电池正极材料比容量达到120-200mAh/g,工作电压2.6-3.2V；负极材料比容量达到300-600mAh/g,工作电压0.1-0.6V^[4]。

钠离子电池与锂离子电池的工作原理类似，正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成。充电时，钠离子从电池的正极经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷经过外电路供给负极，保证正负极电荷平衡。放电则是个相反的过程，钠离子从负极脱嵌，经过电解质，然后嵌入正极。在正常的充放电过程下，钠离子在正负极之间的嵌入脱嵌是不破坏电极材料的基本化学结构。从充放电可逆性看，钠离子电池反应是一种理想的可逆反应。电解质是制备高性能，长循环寿命，安全性良好的钠离子电池的关键材料之一，电解质是电池的重要组成部分，影响电池的安全性能和电化学性能。所以改善电解质对电池的能量密度，循环寿命，安全性能有重要的影响。作为钠离子电池电解质需要满足以下几个基本要求：高离子电导率，宽电化学电势窗，电化学和热稳定性以及高机械强度^[5]。从目前已有的研究来看，钠离子电池电解质从相态上具体分类情况为：液态电解质、离子液体电解质、凝胶态电解质和固体电解质四大类，但是现在钠离子电池中的电解质绝大多数依然是液态的，然而液态燃料电池常常出现电解质泄漏引起的安全隐患。因此，探究钠离子固态电解质对于大规模储能应用的钠离子电池技术发展至关重要。

本文详细综述了钠离子电池正极材料基于分子筛型的磷铝酸框架化合物，用无机Na 离子交换出孔道中的有机阳离子，制备并优化该Na 离子导体的合成过程，进行化合物的离子导电性研究。

2 固体电解质

液态电解质的钠离子导电能力强，但是安全性能差，因此发展钠离子电池的高性能固体电解质成为当前钠电池研究的热点之一。