钠离子电池负极硬碳材料的可视化分析

马梦月，王志超

(1.河南电池研究院有限公司研究三室，河南 新乡 453000；2.河南电池研究院有限公司研究一室，河南 新乡 453000)

锂离子电池近三十年来的快速发展，带动了整个能源存储和转换领域的研究，钠离子电池应运而生。相比于锂离子电池，钠离子电池具有钠资源储量丰富易得，价格低廉和高安全性等优势。因此，越来越多的研究者们开始关注并研究钠离子电池。硬碳材料作为钠离子电池负极，由于其优异的储钠能力和良好的稳定性，引起了研究者们极大的兴趣。通过可视化分析硬碳材料在钠离子电池负极中应用的论文，不仅可以得到该领域的高被引作者、重点论文、研究现状，而且还能为之后的研究提供思路。

利用科学网(Web of Science)网站，配合引文分析软件Hist Cite软件，可以分析某个领域中的重点论文，可以有效的减少无用信息的干扰，提高阅读论文效率。

1 研究方法

1.1 钠离子电池负极硬碳材料数据的获取

本方法所有数据均采集于科学网(Web of Science)中的核心合集，具体检索方式如下。首先输入网址http://www.webofknowledge.com/，然后选择核心合集和高级检索功能，然后输入以下检索式(TS=sodium ion batter* and hard carbon)，检索的时间段为默认的1980-2019年，共得到钠离子电池硬碳材料共665篇。检索日期为2019年10月18日。导出检索记录，选择文本格式。

1.2 分析方法

利用引文分析软件Hsit Cite，导入硬碳材料论文，按照作者、国家、期刊和年份进行分类，每个分类下有LCS和GCS。LCS代表本地记录的数据下，论文被引次数；GCS代表在Web of Science数据库中被引次数。TLCS和TGCS则代表在本地和数据库中的总被引次数。绘制论文相互引用图。

图1 硬碳材料论文的年份Fig.1 The years of papers on hard carbon materials

2 研究结果

2.1 硬碳材料出版年份分析

如图1，得到论文665篇。最早是由Dahn J R等[1]于2000年报道，用电化学方法研究了钠在室温下可逆嵌入硬碳主体结构的过程，发现与锂的嵌入机制相似，获得了300mAh/g的容量。2011年，Komaba S等[2]发表了NaNi0.5Mn0.5O2为正极和硬碳为负极的钠离子电池，并研究了固态电解质膜(SEI)，这种钠离子电池无污染且价格低，具有较大潜力替代锂离子电池。随后论文发表数量呈指数增长。

2.2 硬碳材料国家分析

665篇论文中，共有43个国家。如表1，在硬碳材料中，从论文数量看，中国、美国和日本前三。从论文TLCS总量看，中国、美国和加拿大前三。但是从单篇论文的TLCS来看，加拿大、西班牙和美国前三。

表1 硬碳材料论文的国家Table 1 Countries of papers on hard carbon materials

2.2 硬碳材料论文的作者分析

如表2，TLCS排名前列的是中国和西班牙的作者。中国的Hu YS总次数位列第一，随后是西班牙的学者Palacin MR和Ponrouch A。可重点关注以上几位作者发文。

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

2.3 硬碳材料论文的期刊分析

如表3，发表硬碳材料的期刊中，发表论文最多的期刊是ACS Appl.Mater.Inter.，达到34篇。TLCS排列前三的期刊分别是J Mater.Chem.A、J Electrochem.Soc和J Power Sources。单篇TLCS排列靠前的是J Electrochem.Soc.和Electrochem.Commun.，说明ECS杂志社出版的论文质量高。

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

2.4 硬碳材料论文的相互引用分析

如图2，利用Web of Science数据，经过Hist Cite软件进行分析。得到了硬碳材料相互引用的图，图中圆越大，说明其TLCS次数越大，在硬碳材料中越重要。

D.A.Stevens[1]于2000年报道了通过热解葡萄糖制备硬碳负极材料，并组装三电极电池探索锂离子和钠离子在材料中的嵌入机制，结果表明二者具有相似的碱金属嵌入机制。并且，通过热解葡萄糖制备的硬碳材料应用于钠离子电池，具有较高的可逆容量。黄云辉与组内成员[3]于2014年报道了通过高温热解经H3PO4处理过的柚子皮制备的硬碳材料，具有3D多孔结构，作为钠离子电池负极材料表现出良好的循环及倍率性能，在200mA/g的电流密度下，循环220周后仍能获得180mAh/g的比容量，为大规模生产钠离子电池负极材料提供了一种低成本简单的途径；2015年，Clement Bommier等[4]研究了硬碳的储钠机制，与card-house型储钠机制存在一定的差异。21世纪初首次提出card-house模型，该模型描述了在混层纳米结构中，钠离子首先插入石墨烯片层进入碳纳米结构，然后填充在碳结构的孔隙中。Clement Bommier通过调整硬碳模型中的一个原子结构，确定电化学结构与性质之间的关系，证明钠离子存储于缺陷位点，能够更好的解释电位图曲线的倾斜部分，而不是在石墨烯片层间的插入。

图2 硬碳材料论文的相互引用图Fig.2 Mutual reference diagrams of papers on hard carbon materials

3 结论

结合Web of Science的数据，利用Hist Cite引文分析软件，可视化分析了钠离子电池硬碳材料的论文。(1) 硬碳材料作为钠离子电池负极起始于2000年，近5年发展迅速；(2)中国和西班牙学者影响力高；(3)ECS出版社论文质量高。