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)化進程的推進，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極之間嵌脫過程實現(xiàn)充放電。充電時Na＋從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，同時電子的補償電荷經(jīng)外電路供給到負極，保證正負極電荷平衡。放電時則相反，Na＋從負極脫嵌經(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到鋰的90%，而且已經(jīng)有少數(shù)企業(yè)開始初步進行研發(fā)及應(yīng)用。因為無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展，針對鈉離子電池能量密度偏低的問題也會不斷地進行技術(shù)改進。

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，負極可采用鋁箔作為集流體，可以進一步降低成本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。

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，方能實現(xiàn)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化。