鈉離子電池負極硬碳材料的可視化分析

馬夢月，王志超

(1.河南電池研究院有限公司研究三室，河南 新鄉 453000；2.河南電池研究院有限公司研究一室，河南 新鄉 453000)

鋰離子電池近三十年來的快速發展，帶動了整個能源存儲和轉換領域的研究，鈉離子電池應運而生。相比于鋰離子電池，鈉離子電池具有鈉資源儲量豐富易得，價格低廉和高安全性等優勢。因此，越來越多的研究者們開始關注并研究鈉離子電池。硬碳材料作為鈉離子電池負極，由于其優異的儲鈉能力和良好的穩定性，引起了研究者們極大的興趣。通過可視化分析硬碳材料在鈉離子電池負極中應用的論文，不僅可以得到該領域的高被引作者、重點論文、研究現狀，而且還能為之后的研究提供思路。

利用科學網(Web of Science)網站，配合引文分析軟件Hist Cite軟件，可以分析某個領域中的重點論文，可以有效的減少無用信息的干擾，提高閱讀論文效率。

1 研究方法

1.1 鈉離子電池負極硬碳材料數據的獲取

本方法所有數據均采集于科學網(Web of Science)中的核心合集，具體檢索方式如下。首先輸入網址http://www.webofknowledge.com/，然后選擇核心合集和高級檢索功能，然后輸入以下檢索式(TS=sodium ion batter* and hard carbon)，檢索的時間段為默認的1980-2019年，共得到鈉離子電池硬碳材料共665篇。檢索日期為2019年10月18日。導出檢索記錄，選擇文本格式。

1.2 分析方法

利用引文分析軟件Hsit Cite，導入硬碳材料論文，按照作者、國家、期刊和年份進行分類，每個分類下有LCS和GCS。LCS代表本地記錄的數據下，論文被引次數；GCS代表在Web of Science數據庫中被引次數。TLCS和TGCS則代表在本地和數據庫中的總被引次數。繪制論文相互引用圖。

圖1 硬碳材料論文的年份Fig.1 The years of papers on hard carbon materials

2 研究結果

2.1 硬碳材料出版年份分析

如圖1，得到論文665篇。最早是由Dahn J R等[1]于2000年報道，用電化學方法研究了鈉在室溫下可逆嵌入硬碳主體結構的過程，發現與鋰的嵌入機制相似，獲得了300mAh/g的容量。2011年，Komaba S等[2]發表了NaNi0.5Mn0.5O2為正極和硬碳為負極的鈉離子電池，并研究了固態電解質膜(SEI)，這種鈉離子電池無污染且價格低，具有較大潛力替代鋰離子電池。隨后論文發表數量呈指數增長。

2.2 硬碳材料國家分析

665篇論文中，共有43個國家。如表1，在硬碳材料中，從論文數量看，中國、美國和日本前三。從論文TLCS總量看，中國、美國和加拿大前三。但是從單篇論文的TLCS來看，加拿大、西班牙和美國前三。

表1 硬碳材料論文的國家Table 1 Countries of papers on hard carbon materials

2.2 硬碳材料論文的作者分析

如表2，TLCS排名前列的是中國和西班牙的作者。中國的Hu YS總次數位列第一，隨后是西班牙的學者Palacin MR和Ponrouch A?？芍攸c關注以上幾位作者發文。

表2 硬碳材料論文的作者Table 2 Contries of papers on hard carbon materials

2.3 硬碳材料論文的期刊分析

如表3，發表硬碳材料的期刊中，發表論文最多的期刊是ACS Appl.Mater.Inter.，達到34篇。TLCS排列前三的期刊分別是J Mater.Chem.A、J Electrochem.Soc和J Power Sources。單篇TLCS排列靠前的是J Electrochem.Soc.和Electrochem.Commun.，說明ECS雜志社出版的論文質量高。

表3 發表硬碳材料的期刊Table 3 Journals of hard carbon materials

2.4 硬碳材料論文的相互引用分析

如圖2，利用Web of Science數據，經過Hist Cite軟件進行分析。得到了硬碳材料相互引用的圖，圖中圓越大，說明其TLCS次數越大，在硬碳材料中越重要。

D.A.Stevens[1]于2000年報道了通過熱解葡萄糖制備硬碳負極材料，并組裝三電極電池探索鋰離子和鈉離子在材料中的嵌入機制，結果表明二者具有相似的堿金屬嵌入機制。并且，通過熱解葡萄糖制備的硬碳材料應用于鈉離子電池，具有較高的可逆容量。黃云輝與組內成員[3]于2014年報道了通過高溫熱解經H3PO4處理過的柚子皮制備的硬碳材料，具有3D多孔結構，作為鈉離子電池負極材料表現出良好的循環及倍率性能，在200mA/g的電流密度下，循環220周后仍能獲得180mAh/g的比容量，為大規模生產鈉離子電池負極材料提供了一種低成本簡單的途徑；2015年，Clement Bommier等[4]研究了硬碳的儲鈉機制，與card-house型儲鈉機制存在一定的差異。21世紀初首次提出card-house模型，該模型描述了在混層納米結構中，鈉離子首先插入石墨烯片層進入碳納米結構，然后填充在碳結構的孔隙中。Clement Bommier通過調整硬碳模型中的一個原子結構，確定電化學結構與性質之間的關系，證明鈉離子存儲于缺陷位點，能夠更好的解釋電位圖曲線的傾斜部分，而不是在石墨烯片層間的插入。

圖2 硬碳材料論文的相互引用圖Fig.2 Mutual reference diagrams of papers on hard carbon materials

3 結論

結合Web of Science的數據，利用Hist Cite引文分析軟件，可視化分析了鈉離子電池硬碳材料的論文。(1) 硬碳材料作為鈉離子電池負極起始于2000年，近5年發展迅速；(2)中國和西班牙學者影響力高；(3)ECS出版社論文質量高。