钠离子电池的前世今生.pdfVIP

钠离子研究背景

一个合理的产业价值链是上游原材料价格低廉且有保障，中游制造高效，下游消费长

期成长。每个产业链条都需要有合理的利润，而利润的分配必然遵守着风险收益相匹

配，价值源于全社会必要劳动时间的原则。一旦某个原材料因为短缺涨价形成长期

的资源困境，一定会倒逼技术升级，要么减少用量，要么采用新材料。

钠离子研究背景

锂资源短期且价格昂贵

钠资源充足价格低廉

锂离子配套产业链，都可以

很快的转到钠离子电池上

钠离子工作原理

从宏观角度看，钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，主要依靠钠离子在正极和

负极之间移动来工作。放电过程中，Na+从正电极材料中脱离出来，经过电解质，嵌

入到负电极材料中，而电子在外电路中由正极到负极运动；充电过程则恰好相反。

（锂电钠电都是摇椅式电池）

钠电正极材料

正电极材料要求是钠离子的活性材料，要求具有良好的钠离子扩散通道，钠离子扩散

通道比锂离子的扩散通道要宽得多，以便钠离子快速转移，以便获得较高的电容量；

还要求具有良好的热稳定性和化学稳定性，材料不易剥落，以便保证电池的循环寿命。

具有典型层状结构和隧道型磷酸铁钠、锰酸铁钠、钛锰酸钠等，比容量都

结构的过渡金属氧化物材料很高，钠离子通道也很好，热稳定性好。

普鲁士蓝类的化合物可详细见奇材馆自主开发产品

聚阴离子化合物材料

受成本和材料制备技术的限制，不适

合产业化道路。

有机正极材料

层状金属氧化物

众所周知，锂离子电池中最早商业化也是目前最成功的材料是LiCoO2，该材料就是

O3相层状材料。目前最受青睐的锂离子正极材料是三元正极，即LiNixMnyCo1-x-yO2

以及LiNi0.8Co0.15Al0.05O2也是O3相的层状材料。与锂离子电池层状正极材料类似，

钠离子层状氧化物正极材料也是研究热点。与锂离子电池不同的是，钠离子电池中层状

氧化物的结构更为多样。

层状氧化物类材料的通式可以写为NaxMO2（M为一种或多种过渡金属元素或者其他

掺杂替换元素，如Al，Mg等）。不同钠含量、不同的过渡金属或者不同的烧结温度，

都能够得到不同结构的层状材料。

层状金属氧化物

优点：拥有二维传输通道，钠离子传输快。

压实密度较高，高的能量密度。制备工艺和

锂离子电池一致，基本可以直接使用现有设

备，即可缩短产业化周期并且降低研发成本。

缺点：层状材料在空气中的稳定性一般比较

差，特别是潮湿的空气中，这将会增加额外

的成本，包括生产、存储和使用等方面。

普鲁士蓝类似物

普鲁士蓝类材料的通式为NaxMM’(CN)6·xH2O，通常M’为Fe元素，而M为

过渡金属元素。过渡金属元素和C及N连接，共同形成立方体的三维立方网络

结构。钠离子在结构中拥有较大的传输通道，脱嵌势垒低，扩散系数大，容易

实现高倍率充放电。

优势：价格低廉，生产工艺简单，高倍率，长循环。

缺点：类普鲁士蓝的普遍问题是结晶水含量难以控制，真正实现脱水难度大。压实密度低，影响电池的能量密度。

普鲁士蓝类似物——奇材馆自有产品

负极材料

负极材料

要求负电极极材料具有嵌入钠离子的能力，体积变形

小；扩散通道好；化学稳定性好。

硬碳材料储存和释放钠离子的效果非常好，和钛基材碳基材料钛基材料

料相比，活性炭不仅性能优异而且成本低廉。

磷酸钛基

软碳硬碳