介绍

科技的高速发展，我们都知道锂离子电池 (LIB)用于电气产品和电动汽车的电力存储，对它们的需求可能会增加。然而，由于锂不是一种丰富的金属，所以它很昂贵。另一方面，由于钠含量丰富且价格低廉；而且人们对钠离子电池 (SIB)的兴趣一直在增长。

已研究用作 SIB 负极的材料包括硬碳和锡。硬碳可循环 100 次以上，但容量仅为 250 mAh/g 左右。带硬碳电极的钠电池比同等锂电池小。另一方面，锡的容量约为 500mAh/g，但由于膨胀大，锡电极存在循环性能差（仅几个循环）的缺点和锡电极的体积收缩（大约比硬碳大 5.3 倍），伴随着 Na 离子的嵌入（合金化）和提取（脱合金化）。Sn 与 Na 的这些合金化/脱合金过程类似于 Sn 与 Li 的合金化/脱合金过程。因此，一个关键因素是锡基电极抑制循环过程中的体积变化。如原文中图6所示，SIBs用锡电极的循环性能可以通过采用聚丙烯酸（PAA）粘合剂来提高。在该研究中，Sn 电极的容量在 20 次循环后保持在 500 mAh/g 左右。因此，粘合剂是电极中最重要的组成材料之一。

使用 Sn-Co阳极的 LIB 最早由 Sony Corporation 商业化。Sn-Co 阳极表现出良好的循环性能，因为钴不与锂形成合金，并且钴在循环过程中缓冲了电极体积的变化。本文评估了电化学用于 SIB 的 Sn-Co 电极的特性揭示循环性能和粘合剂之间的相关性。

以聚偏二氟乙烯(PVdF)或PAA为粘合剂制备Sn-Co电极。通过进行恒电流放电-充电实验检查了具有 PAA 粘合剂的 Sn-Co 电极的电化学性能，并将结果与使用 PVdF 作为粘合剂获得的结果进行了比较。此外，首次通过原位光学显微镜评估了具有 PAA 或 PVdF 的 Sn-Co 电极在 Na 离子插入（合金化）/提取（去合金化）过程中的体积变化。通过X射线衍射(XRD)表征了Sn-Co在循环过程中的晶体结构变化，并通过扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜分析了循环过程中的形貌变化。

应用情况

本文主要研究了 Sn-Co的电化学性能，以显示循环性能与电极组件材料的粘合剂之间的相关性。与聚偏二氟乙烯(PVdF) 相比，聚丙烯酸 (PAA)的 Sn-Co 电极表现出更好的循环性能（约300mAh/g 循环 30 次）。 PAA 的这种更好的循环特性是由于原位光学显微镜所揭示的循环过程中电极体积的轻微变化。此外，Sn-Co 电极中的 Na 预掺杂在 2-10 个循环时将平均库仑效率从 95.4%提高到 99.9%。

图片1显示了通过使用原位光学显微镜（LasertecCorp.，ECCSB310）观察循环期间电极体积的变化。在线分析模式下估计电极的膨胀和收缩。用于原位光学显微镜检查的圆形电池是由钠片（0.2 mm厚和 15 mm 直径）对电极、电解质溶液（体积为 1mol/l NaPF6 EC:DEC 1:1）组成的堆叠 – 浸泡聚丙烯隔膜（直径 19 毫米）和一个 Sn-Co（0.02 毫米厚和 14 毫米直径）工作电极。 将圆形电池切成半圆形，Na/分离器（体积为 1 mol/l NaPF6 EC:DEC1:1）/Sn-Co 的横截面暴露出来。 然后，将电池放置在如图1所示的光学显微镜夹具中。在与硬币型电池相同的条件下进行放电-充电测试，并使用光学显微镜通过观察窗观察横截面。

来源

作者：Y. Yui，Y. Ono， Hayashi, Y. Nemoto, K. Hayashi, K. Asakura, and H. Kitabayashi

机构：NTT Energy and EnvironmentSystems Laboratories, Nippon Telegraph and Telephone Corporation,Kanagawa243-0198, Japan

发布时间：Manuscript submitted October 21, 2014; revisedmanuscript received December 16, 2014. Published January 8, 2015. （This was Paper 214 presented at the Como, Italy, Meeting of theIMLB, June 10–14, 2014. This paper is part of the FocusIssue of Selected Presentations from IMLB 2014.）

期刊：Journal of The ElectrochemicalSociety, 162 (2) A3098-A3102 (2015)

文章来源网站：Sodium-Ion Insertion/Extraction Properties of Sn-CoAnodes and Na Pre-Doped Sn-Co Anodes