中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著新能源市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張以及對(duì)可持續(xù)能源需求不斷增加，資源豐富、成本低廉且綜合性能優(yōu)異的鈉離子電池受到廣泛關(guān)注，不僅在大規(guī)模儲(chǔ)能中表現(xiàn)出極大潛力，在動(dòng)力電池、便攜式電池等應(yīng)用上同樣未來(lái)可期。
鈉離子電池是在鋰離子電池的基礎(chǔ)上發(fā)展的。鈉離子電池和鋰離子電池工作原理基本相似，電池的正負(fù)極材料和電解液等都需要做出相應(yīng)改變來(lái)適應(yīng)鈉離子電池。制造工藝上也類似，鈉離子電池與鋰電池的產(chǎn)線設(shè)備可以兼容。
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的痛點(diǎn)在于把鋰離子電池電極材料中的鋰換成鈉來(lái)研究，其總體性能不及鋰離子電池。究其原因：一方面，鈉離子比鋰離子重，電負(fù)性沒(méi)有鋰低，因此同類電極材料中，鈉離子電池一般比相應(yīng)鋰離子電池的電壓低、比容量也低，使得電池的能量密度也低；另一方面，由于鈉離子半徑比鋰離子的半徑大，導(dǎo)致鈉離子在剛性結(jié)構(gòu)中相對(duì)比較穩(wěn)定，難以可逆脫嵌，即使可以發(fā)生脫嵌，鈉離子嵌入脫出的動(dòng)力學(xué)很慢，并且容易引起電極材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的相變，降低了電池的循環(huán)性能。
目前，鈉離子電池發(fā)展的問(wèn)題主要是：正極材料路線選擇，各有優(yōu)勢(shì)與不足；石墨與硅碳不適合儲(chǔ)鈉，需開(kāi)發(fā)新型負(fù)極材料；高容量負(fù)極首次庫(kù)倫效率低，制約全電池能量密度。其中，負(fù)極材料是限制鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。
常見(jiàn)鈉離子電池負(fù)極材料包括碳基材料、鈦基材料、合金材料、過(guò)渡金屬化合物等。
鈉離子電池負(fù)極材料電壓與比容量圖
合金類負(fù)極有較好的導(dǎo)電性和極高的理論容量，但儲(chǔ)鈉過(guò)程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重且不可逆的體積膨脹，導(dǎo)致電極粉化、循環(huán)容量迅速衰減；金屬氧化物和硫化物等轉(zhuǎn)化類材料同樣有較高的理論比容量，然而較差的導(dǎo)電性限制了電子傳輸和倍率表現(xiàn)；碳基材料具有容量高、平臺(tái)低等優(yōu)點(diǎn)是目前最有應(yīng)用前景的鈉離子電池負(fù)極材料。
在幾種碳基材料中，硬碳材料在工作電位、容量、首次庫(kù)侖效率等方面具有優(yōu)勢(shì)，是目前最有競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用前景的負(fù)極材料。
各碳負(fù)極材料平均電位與比容量圖
硬碳負(fù)極材料面臨的問(wèn)題主要是生產(chǎn)成本較高、儲(chǔ)鈉容量有待提升、首次庫(kù)侖效率較低等，目前主要是通過(guò)對(duì)硬碳的孔結(jié)構(gòu)、界面等進(jìn)行調(diào)控，解決硬碳負(fù)極材料所面臨的成本、性能等問(wèn)題。
目前商用硬碳負(fù)極的比容量接近300mAh/g，首效在80%以上，最具代表性的產(chǎn)品是日本可樂(lè)麗公司生產(chǎn)的椰殼基硬碳，但市售價(jià)格高于每噸15萬(wàn)元，難以滿足鈉離子電池高性價(jià)比的需求。國(guó)內(nèi)企業(yè)正在積極布局鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的研發(fā)與生產(chǎn)，力爭(zhēng)盡快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
針對(duì)各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況，中國(guó)粉體網(wǎng)將于10月25-26日在東莞舉辦“第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇“。我們有幸邀請(qǐng)到陜西創(chuàng)普斯新能源科技有限公司鈉電研究院的蘇恒副院長(zhǎng)，屆時(shí)他將帶來(lái)題為《鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的痛點(diǎn)及關(guān)鍵材料》的報(bào)告。
本次報(bào)告蘇院長(zhǎng)將向我們介紹鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的痛點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的正負(fù)極關(guān)鍵材料，并對(duì)硬碳、硅碳等新型負(fù)極材料及市場(chǎng)進(jìn)行總結(jié)。通過(guò)匹配不同的正極材料，新型負(fù)極材料有望在鈉離子電池的各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。
蘇恒，北京工業(yè)大學(xué)博士，美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室訪問(wèn)學(xué)者，創(chuàng)普斯集團(tuán)鈉電研究院副院長(zhǎng)。已在二次電池關(guān)鍵材料的結(jié)構(gòu)、性能與機(jī)制方面研究8年。美國(guó)能源部鈉電研究項(xiàng)目骨干成員，在國(guó)際頂級(jí)期刊已發(fā)表論文14篇，其中以第一作者、共同第一作者發(fā)表論文7篇，總影響因子>280；申請(qǐng)專利15項(xiàng)，已授權(quán)3項(xiàng)。
參考來(lái)源：
1.殷秀平、趙玉峰等 鈉離子電池硬碳基負(fù)極材料的研究進(jìn)展
2.王瑞琦、彭尚龍等 鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
3.楊涵、楊全紅等 面向?qū)嵱没拟c離子電池碳負(fù)極:進(jìn)展及挑戰(zhàn)
4.唐有根 鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的研究開(kāi)發(fā)
5.彭尚龍課題組 高性能低成本鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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