兴储世纪刘杨这样演讲“钠离子电池”| 特普生

一、钠离子电池概述

钠离子电池发展

锂/钠资源分布

钠离子电池工作原理

钠离子电池特点

▪ 成本低

➢ 碳酸钠的价格为0.3万元/吨，碳酸锂的50+万元/吨。

➢ 正负极集流体均可使用铝箔，锂离子电池负极需用铜箔。

▪ 安全性高

➢ 可在零电压下保存及运输，无运输安全风险。

➢ 短路时，自发热热量少，无起火/爆炸等隐患。

▪ 工作温域宽

➢ 高低温(-40ºC~80ºC)电化学性能均有较好的容量保持率。

▪ 能量密度适中

➢ 钠离子电池的重量和体积能量密度近似于磷酸铁锂锂离子电池

钠离子电池成本分析

二、钠离子电池材料

正极材料

过渡金属氧化物

层状结构过渡金属氧化物，其中O3型（八面体型）和 P2 型（三棱柱型）为当前主流的正极材料。NaxMO2，(0< x ≤1, M为过渡金属元素）。

普鲁士蓝类化合物

晶体结构为面心立方，过渡金属离子与氰化根形成六配位，碱金属离子处于三维通道结构和配位孔隙中 。NaxMa[Mb(CN)6] ，(Ma和Mb为Fe、Mn、Ni等过渡元素。

聚阴离子类化合物

钠电聚阴离子正极材料结构与锂电磷酸铁锂正极结构类似,橄榄石结构磷酸盐。NaxMy[(XOm)n-]z，(M为过渡金属元素，X为P、S等元素)

▪ 过渡金属氧化物, NaxMO2， ( 0<x≤1，M 为过渡金属元素)

➢ 高理论能量密度和电压平台，结构存在相变，可导致循环性能稳定性差。

➢ O3 型结构容量保持率低，能量密度高。P2 型结构循环性能较好，而比容量受到限制。

▪ 普鲁士蓝类化合物, NaxMa[Mb(CN)6] (Ma/Mb为Fe、Mn等元素）

➢ 开放三维结构利于钠离子脱嵌，成本低，材料稳定性好。

➢ 制备过程中难以控制配位水，可导致循环性能稳定性差。

▪ 聚阴离子化合物，NaxMy[(XOm)n-]z(M为过渡金属元素，X为P、S等)

➢ 热稳定性好，结构稳定性好，电压平台高

➢ 理论能量密度低，导电性差

负极材料

▪ 碳基材料包括硬碳和软碳等。硬碳具有类似石墨的微孔结构，提供更多的储钠位点，比容量高。但首次库伦效率较低。软碳则比容量较低，但成本较低。

▪ 合金类材料如Sn、Sb和P具有较高的比容量，但会出现较大的体积膨胀率。例如，Sn的理论比容量为847mAh/g，体积膨胀率为423%。

▪ 钛基氧化物材料，如TiO2和Na2Ti3O7，具有稳定的结构、良好的循环性能和高安全性，但其克容量较低。

三、钠离子电池材料优化

正极材料

▪ 过渡金属氧化物材料改善措施包括以下几点：

➢ 使用多相过渡金属氧化物等新型材料，可以抑制不可逆相变的形成，从而提高材料的循环稳定性。

➢ 过渡金属氧化物不仅通过氧化还原反应提供容量，还可以通过阴离子的氧化还原活性提供额外的容量。

▪ NaxNiaMnbTicMgdM'eO2

➢ 克容量：155 mAh/g

➢ 放电电压平台：3.20V

➢ 材料能量密度：500Wh/kg

钠离子电池材料优化：负极材料

硬碳材料“系列一”

克容量：320mAh/g

振实密度：1.05 g/cm3

全电池容量衰减率：<0.2%/100cycle

硬碳复合材料“系列二”

克容量：420mAh/g

提升全电池放电电压平台

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