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        【原創(chuàng)】鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的痛點(diǎn)及關(guān)鍵材料


        來源:中國粉體網(wǎng)   喬木

        [導(dǎo)讀]  針對各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況,中國粉體網(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“。

        中國粉體網(wǎng)訊  隨著新能源市場的不斷擴(kuò)張以及對可持續(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)模儲能中表現(xiàn)出極大潛力,在動力電池、便攜式電池等應(yīng)用上同樣未來可期。


        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)展的問題主要是:正極材料路線選擇,各有優(yōu)勢與不足;石墨與硅碳不適合儲鈉,需開發(fā)新型負(fù)極材料;高容量負(fù)極首次庫倫效率低,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,但儲鈉過程中會發(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、首次庫侖效率等方面具有優(yōu)勢,是目前最有競爭力和應(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)極材料面臨的問題主要是生產(chǎn)成本較高、儲鈉容量有待提升、首次庫侖效率較低等,目前主要是通過對硬碳的孔結(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)品是日本可樂麗公司生產(chǎn)的椰殼基硬碳,但市售價格高于每噸15萬元,難以滿足鈉離子電池高性價比的需求。國內(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),力爭盡快實現(xiàn)國產(chǎn)替代。


        針對各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況,中國粉體網(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“。我們有幸邀請到陜西創(chuàng)普斯新能源科技有限公司鈉電研究院蘇恒副院長,屆時他將帶來題為《鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的痛點(diǎn)及關(guān)鍵材料》的報告。


        本次報告蘇院長將向我們介紹鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的痛點(diǎn)以及對應(yīng)的正負(fù)極關(guān)鍵材料,并對硬碳、硅碳等新型負(fù)極材料及市場進(jìn)行總結(jié)。通過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領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。



        蘇恒,北京工業(yè)大學(xué)博士,美國能源部阿貢國家實驗室訪問學(xué)者,創(chuàng)普斯集團(tuán)鈉電研究院副院長。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。美國能源部鈉電研究項目骨干成員,在國際頂級期刊已發(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;申請專利15項,已授權(quán)3項。


        參考來源:

        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


        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木)

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