文 献 综 述

一、课题的来源及意义

（一）、课题的研究来源

能源转换已经成为制约经济科技发展的重要因素。早在上世纪的八十年代，钠离子电池和锂离子电池同时被研究，但随着锂离子电池的成功商业化，对钠离子电池的研究被放缓。在过去的几十年之中，锂离子电池已经成功的占领了便携类电子设备所用的电源市场。但是受锂元素在地壳中储存量的制约，锂离子电池所需的成本越来越高，这已经成为限制其扩大应用规模的重要因素^[1]。

钠与锂本属于同一个主族，理化性质相似，电池充电与放电原理基本上一致。充电时，从正极材料中脱出的Na ，经过电解液之后嵌入到负极材料之中，与此同时电子通过外电路转移至负极，保持电荷之间的平衡；放电的时侯则恰好相反。与锂离子电池相比较，钠资源储存量丰富，而且价格较低，分布较广泛^[2、3]。因此，钠离子电池具有很大潜力。然而，在负极材料方面，钠离子的质量较重并且且半径比锂大，这将导致Na 在负极材料中脱嵌过程缓慢，影响电池循环性能。同时，对于常规电极材料来说，钠离子电池的能量密度比锂离子电池的低。无法满足实用要求。相关的技术亟待突破。可用的负极材料主要包括有嵌入类材料(碳材料等)、合金类材料(Sn，Sb，P等)和转化类的材料(金属氧化物或硫化物)等^[4]。然而，金属氧化物由于自身导电性能较差并且在循环过程中会产生比较大的体积膨胀，会破坏电极材料的完整性，引起较差的循环稳定性以及倍率性能。因此，需要对金属氧化物负极材料进行研究。经研究发现，SnO₂作为锂离子电池的负极材料，具有比较大的发展潜力。

SnO₂负极材料要商业化，必须在能发挥其高理论比容量的前提之下，提高它的循环性能。通过改变SnO₂的制备方法，得到的纳米级和碳包覆负极材料是未来有潜力的研究的方向之一，若能解决SnO₂由于锂脱嵌而引起的体积发生变化进而引起的电极崩塌粉化现象，它将有望成为在短期内能够实现商业化的负极材料之一^[5]。因为钠和锂同属于一个主族，电化学性质具有一定的相似性，由此类比可知，SnO₂可以作为钠离子电池的负极材料。但是SnO₂作为钠电池的负极的适应性还未知，需要对SnO₂的性质做一定的研究。本次研究就做为钠电池负极材料的SnO₂的第一性原理进行研究。

（二）、课题研究意义

钠离子电池的开发可以缓解锂离子电池规模再扩大的压力，有利于开发出更加廉价以及性能更高的电池。而对钠离子电池负极材料的研究则有利于开发出更高性能的钠离子电池。根据钠离子电池的充放电原理我们可以看出，电极材料是发展钠离子电池技术的关键，只有研发出适用于钠离子稳定脱嵌的电极材料，才能推进实现钠离子电池的实用化。因此，对以SnO₂为负极材料的钠离子电池电极材料第一性原理研究对电池科技的进步具有重大的现实意义。可以弥补现有电池的不足，解决电池研究过程中存在的性能问题。

二、课题的国内外发展状况

（一）、钠电池国内发展状况