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水系鈉離子電池研發(fā)最新進展 2022水系鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

2022年1月17日 WuYaNan來源：互聯(lián)網(wǎng) 985 62
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近年來，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來越受到關(guān)注。寧德時代已布局無負極金屬電池技術(shù)，并申請專利。該專利包括相關(guān)技術(shù)的材料設(shè)計與關(guān)鍵工藝，有望在鈉離子電池上率先落地。

鈉離子的應(yīng)用場景更多是在儲能、兩輪車等領(lǐng)域。鈉離子電池在對能量密度要求不高的場景中，將有著廣泛的應(yīng)用前景。鈉離子電池是一種依靠鈉離子在正極與負極之間移動來工作的二次電池，其主要由正極、負極、電解液以及隔膜構(gòu)成;正極材料主要有氧化物、聚陰離子類和普魯士藍類等，負極的材料主要是硬碳材料;電解液主要成分為六氟磷酸鈉。

2022水系鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

作為新能源的一顆新星，鈉離子電池正在產(chǎn)業(yè)化的道路上加速向前，或成為我國引領(lǐng)新一輪能源革命的機會。相比于上述的傳統(tǒng)二次電池，有機系離子電池以離子在正負極的嵌入脫出和在兩極間擴散作為充放電基本原理，具有能量密度高，倍率高和循環(huán)壽命長的特點。在性能上可以滿足儲能系統(tǒng)的技術(shù)要求。然而，由于其大量使用易燃的有機電解質(zhì)，在生產(chǎn)和使用過程中會造成爆燃事故，有安全性問題缺陷。

材料是決定電池性能的關(guān)鍵一環(huán)，當前，制約水系鈉離子發(fā)展的瓶頸正是由于缺乏高性能的新型電極材料。由于正極材料占電池成本的40%左右且也是決定電池的電壓和容量的重要因素，所以開發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的正極材料是我們的重要方向。

水系鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，主要由正負極材料、電解液和集流體構(gòu)成的。正負極都是采用嵌鈉化合物，基本反應(yīng)原理如圖所示，充電時，在電池內(nèi)部，鈉離子從正極富鈉晶格中脫出來后通過電解液擴散嵌入負極晶格中，放電過程與之相反，鈉離子又回到正極，電子在電池外部從外電路以相同的方向流過以確保整個系統(tǒng)的電荷平衡。

實際上，鈉離子電池的研究與鋰離子電池幾乎同時起步，早在20世紀80年代，人們就開展了有機系鈉離子電池正負極材料的研究。但是與有機系鋰離子電池相比，鈉離子電池的發(fā)展緩慢。這主要是由于成功應(yīng)用于有機系鋰離子電池中的正負極材料體系不能簡單地移植到鈉離子電池中。雖然二者都是以正、負極間離子嵌入/脫出反應(yīng)的“搖椅式”機理作為充放電反應(yīng)機理，可是因為鈉的離子半徑(0.102nm)比鋰離子和質(zhì)子大許多，使得其嵌入反應(yīng)困難。

而且，負極材料在接受大體積的鈉離子的嵌入反應(yīng)過程中，其晶格容易發(fā)生形變甚至坍塌，影響到電池的循環(huán)性能。直到近年，在容量利用率和循環(huán)壽命方面基本滿足要求的有機系鈉離子電池用負極材料才被開發(fā)出來。

鈉是地球上儲量最豐富的資源之一，可以說是用之不竭。價格也顯著降低，通常為鋰鹽的1/10。因此，水系電解質(zhì)的鈉離子電池被認為是最有潛力的適合大規(guī)模儲能系統(tǒng)的電池之一，成為最近業(yè)界研究工作的焦點。

水系離子電池由于采用中性的鹽水溶液作為電解質(zhì)，既避免了有機電解質(zhì)的易燃問題，又克服了傳統(tǒng)水系電池的高污染，壽命短(如鉛酸電池)和價格昂貴(鎳氫電池)的缺點，是能夠滿足大型儲能技術(shù)要求的理想體系之一。因此，近年來，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來越受到關(guān)注。

水系鈉離子電池研發(fā)最新進展

據(jù)悉，寧德時代已布局無負極金屬電池技術(shù)，并申請專利。該專利包括相關(guān)技術(shù)的材料設(shè)計與關(guān)鍵工藝，有望在鈉離子電池上率先落地。這意味著，電池能量密度有望從材料本質(zhì)上得到大幅提升，實現(xiàn)此前寧德時代宣布的下一代鈉離子電池能量密度超過200Wh/kg的目標。寧德時代的入局、國家部門的激勵政策使得鈉離子電池成為過去一年電池行業(yè)的大熱點，引起市場和資本廣泛的關(guān)注。

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