鈉離子電池結(jié)構(gòu)與原理,鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化前景

來源：存能電氣  日期：2020-04-21 15:39  瀏覽量：次

鈉離子電池結(jié)構(gòu)與原理，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化前景。隨著新能源汽車與電網(wǎng)儲能的快速發(fā)展，鋰資源趨于緊張將進(jìn)一步加劇短缺，鈉離子電池是比較理想的替代方案，該成果將促進(jìn)鈉離子電池從研究階段向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。未來隨著鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，相關(guān)提前布局鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)有望最先受益。

鈉離子電池結(jié)構(gòu)與原理

相對于其他鈉離子電池正極材料，磷酸鐵鈉雖然具有較高的理論容量，但是到目前為止該材料的研究并不充分，主要受限于其合成方法較為困難。常見的固相或液相方法合成出來的NaFePO4都是化學(xué)惰性的磷鈉鐵礦結(jié)構(gòu)，并非是具有活性的橄欖石結(jié)構(gòu)。因此，未來對于磷酸鐵鈉的研究必須從合成方法上進(jìn)行突破，才能使其有望在鈉離子儲能電池上大規(guī)模的應(yīng)用。

鈉離子電池的工作原理是利用鈉離子在正負(fù)極之間嵌脫過程實(shí)現(xiàn)充放電。充電時Na＋從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，同時電子的補(bǔ)償電荷經(jīng)外電路供給到負(fù)極，保證正負(fù)極電荷平衡。放電時則相反，Na＋從負(fù)極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，在正常的充放電情況下鈉離子在正負(fù)極間的嵌入脫出不破壞電極材料的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)。

鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化前景

目前以鈉金屬作為負(fù)極材料組裝鈉離子半電池的方法已被廣泛應(yīng)用于電極材料的電化學(xué)性能測試，但相比較鈉離子全電池的結(jié)構(gòu)會更加適用于商業(yè)化電池，故此可將鈉離子全電池作為鈉離子半電池與商業(yè)化鈉離子電池之間的一個過渡。因此如何進(jìn)一步提升鈉離子全電池的電化學(xué)性能并降低其生產(chǎn)成本，成了鈉離子電池能否走向商業(yè)化的關(guān)鍵所在，具有十分重大的意義。

經(jīng)過近些年的開發(fā)競爭，鈉離子電池的儲能量達(dá)到鋰的90%，而且已經(jīng)有少數(shù)企業(yè)開始初步進(jìn)行研發(fā)及應(yīng)用。因?yàn)闊o需散熱空間所以體積成功縮小到了鋰電池以下，國內(nèi)方面目前已在鈉離子電池材料制作、平臺建設(shè)等方面獲得了突破性的進(jìn)展，針對鈉離子電池能量密度偏低的問題也會不斷地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

鈉離子電池的優(yōu)勢

①原料資源豐富，成本低廉，分布廣泛；

②鈉離子電池有相對穩(wěn)定的電化學(xué)性能，使用更加安全；

③鈉離子不與鋁形成合金，負(fù)極可采用鋁箔作為集流體，可以進(jìn)一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；

④鈉離子電池的半電池電勢較鋰離子電勢高0.3～0.4V，即能利用分解電勢更低的電解質(zhì)溶劑及電解質(zhì)鹽，電解質(zhì)的選擇范圍更寬。

雖鈉離子電池能量密度不及鋰離子電池，但就目前碳酸鋰價格高漲的形勢來看，鈉離子電池仍然具有十分廣泛的應(yīng)用前景，對于能量密度要求不高的領(lǐng)域，在電網(wǎng)儲能、調(diào)峰，風(fēng)力發(fā)電儲能等方面應(yīng)用前景廣闊。未來鈉離子電池將逐步取代鉛酸電池，在各類低速電動車中獲得廣泛應(yīng)用，與鋰離子電池形成互補(bǔ)。

作為一類重要的儲能電池，鈉離子電池具有比能量高、安全性能好、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)有望在儲能領(lǐng)域成為鋰離子電池的替代品，而為了適應(yīng)鈉離子電池的正極材料、負(fù)極材料、電解液甚至添加劑的種類和用量等都要做相應(yīng)的改變，因此仍有諸多問題亟待解決，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高安全性、低成本、高能量、高功率密度和長壽命的目標(biāo)，方能實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化。