基于3D打印的钠离子电池负极材料研究进展.pdfVIP

2024年10月湘南学院学报Oct.,2024

第45卷第5期JournalofXiangnanUniversityVol.45No.5

3D

基于打印的钠离子电池负极材料研究进展

112*111

李盛凯，张晋川，夏先明，王越，林锦良，刘东辉

（1.赣南科技学院智能制造与材料工程学院，江西赣州341000；

2.湘南学院化学与环境科学学院，湖南郴州423000）

摘要：钠离子电池作为一种新兴的能源存储技术，具有成本低、资源丰富、环境友好等优点，但是钠离子具有较

大的离子半径，导致离子迁移缓慢，造成其循环寿命短、倍率性能差等问题。三维（3D）打印技术是一种能够快速

生产结构物体的先进技术，在微流体、电子和工程领域得到了广泛的应用。近年来，科学家们也开始探索其在储能

领域中的应用。该技术作为一种先进的材料制备方法，为实现高效、低成本的负极材料制备提供了新的途径。3D

打印技术在制备钠离子电池负极材料方面的应用逐渐受到关注。本综述将简要介绍3D打印技术概述、3D打印钠离

子电池负极材料的研究进展、3D打印负极材料（氧化石墨烯、MXenes和过渡金属氧族化合物等）的性能优化与提

升以及面临的挑战与未来展望等方面。

关键词：3D打印；负极；钠离子电池；储能

中图分类号：TQ9文献标志码：ADOI:10.3969/j.issn.1672-8173.2024.05.001

全球气候变暖、自然资源短缺，以及能源需求的逐步上升，给能源生产、储存和分配带来了挑战。化

石燃料在当前的能源格局中仍起着关键作用，因此开发高效和可持续发展的能源系统是当今社会面临的重

要挑战。同样，使用间歇性可再生能源（如风能和太阳能）产生的电力意味着需要实施可持续和低成本的

储能系统，以便在需要时向电网输送电流[1]。锂离子电池自20世纪90年代商业化以来，一直是主要的可

充电电池。便携式电子产品的广泛使用，使得锂的需求和提取在过去几年中显著增长[2]。此外，由于电动

汽车市场的扩张和固定式电网储能系统的日益普及，对锂离子电池的需求将有更大的增长。然而，地球上

锂资源不仅储量低，而且分布严重不均，导致锂价格持续攀升等问题，限制了锂离子电池的进一步发展。

因此，为了减少对锂和相关材料的依赖，我们需要开发和实施基于更经济和资源更丰富的元素的电化学储

[3]

能设备。

[4]

钠离子电池是最有前途的候选新能源二次电池之一，这是因为钠具有与锂相似的物理和化学特性，

例如两者的标准电极电位基本相同。同时，钠在地壳中的含量比锂丰富、分布均匀、经济性更好[5]，使得

钠离子电池在新型储能领域受到越来越多的关注。但是，钠离子的半径远远大于锂离子，也造成了在充/

放电过程中电极材料过度膨胀，严重威胁钠离子电池的循环寿命[6]。因此，目前需要解决的严峻问题是研

制出新型电极，进而研制出满足商业化要求的高比能电池。截至目前，研究者研发出的钠离子电池正极材

料[7]可分为四大类：普鲁士蓝基材料、过渡金属氧化物、阴离子化合物、有机化合物。负极材料[8]按照反

应类型分类主要有嵌入型、合金型和转换型。

3D打印技术具有柔性好、加工速度快、节省材料等优势，又称增材制造技术，是一种将数字化设计转

化为实体物品的先进制造技术[9]。3D打印技术通过逐层堆积原材料来创建三维物体，可以结合计算机辅助

设计和智能制造方法设计功能复杂的结构，因此，在电化学储能器件领域备受关注。目前