中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鈉離子電池因鈉資源豐富、價(jià)格低廉、安全性高等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目，使其有望成為除鋰離子電池以外的另一大規(guī)模商業(yè)化的二次電池之一，在大規(guī)模儲(chǔ)能，低速電動(dòng)車和特種工程車等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
鈉離子電池與鋰離子電池一樣由正負(fù)極材料、電解液、負(fù)極集流體、隔膜組成。和鋰電池相比，鈉離子電池變化最大的部分就是正極材料。正極材料的性能影響著鈉離子電池的能量密度、循環(huán)壽命以及安全性能，尋找合適的正極材料是鈉離子電池走向?qū)嵱没年P(guān)鍵。鈉離子質(zhì)量和半徑比鋰離子更大，離子擴(kuò)散速率較低，反映在電池性能上為理論容量和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征略為遜色，需要通過(guò)正極材料的突破來(lái)改善這些問(wèn)題。在鈉離子電池正極材料選擇過(guò)程中需要注意以下幾項(xiàng)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、儲(chǔ)量豐富環(huán)保、比容量高、工作電壓高、離子電導(dǎo)率高。
目前，鈉離子電池正極材料的技術(shù)路線還未確定，主要由三種技術(shù)路線相互競(jìng)爭(zhēng)：層狀過(guò)渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)類化合物和聚陰離子化合物。
層狀過(guò)渡金屬氧化物具有可觀的放電比容量以及優(yōu)異的循環(huán)性能，主流研究體系是錳、鐵、鈷、鎳、銅的氧化物，錳酸鈉與其他化合物相比，由于性能和成本的綜合表現(xiàn)比較好，是目前發(fā)展較快的材料。在生產(chǎn)工藝方面，層狀過(guò)渡金屬氧化物的生產(chǎn)工藝與鋰電三元正極材料具備較高的兼容性，因此許多鋰電正極企業(yè)就選擇了這條路線。
普魯士藍(lán)及類似物由于離子通道和晶格間隙很大，很容易進(jìn)行可逆的離子嵌入/脫出反應(yīng)，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用面臨著一些關(guān)鍵問(wèn)題如不可逆的結(jié)構(gòu)相變和晶體缺陷等，但仍是一種非常有潛力的鈉離子電池正極材料。由于普魯士藍(lán)類似物也是一種無(wú)機(jī)顏料，具有顏料背景的化工企業(yè)選擇這條路線。
聚陰離子化合物種類豐富，形式多樣，該類材料作為鈉離子電池正極材料時(shí)普遍擁有較高的工作電壓，如能通過(guò)簡(jiǎn)單有效的工藝方法解決導(dǎo)電性較差的問(wèn)題，使其發(fā)揮穩(wěn)定性和倍率性能方面的優(yōu)異特性，有望比過(guò)渡金屬氧化物材料獲得更迅速的應(yīng)用推廣前景。
三種鈉電池正極材料技術(shù)路線對(duì)比
總體而言，層狀過(guò)渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)及類似物和聚陰離子化合物三條正極技術(shù)路線的性能水平各有優(yōu)劣，都有對(duì)應(yīng)的廠商在布局。層狀過(guò)渡金屬氧化物能兼顧能量密度和循環(huán)性能，并且和三元正極材料體系結(jié)構(gòu)相近，是目前鈉電池廠商或者正極配套廠商布局最多的品種，當(dāng)前來(lái)看最先落地的適用場(chǎng)景可能是A0/A00級(jí)別電動(dòng)車， 和兩輪車等。普魯士藍(lán)及類似物如果能解決結(jié)晶水的問(wèn)題，其能量密度和循環(huán)性能提升的潛力很大，加上其成本低，未來(lái)在電動(dòng)車和儲(chǔ)能領(lǐng)域都有應(yīng)用的可能性。聚陰離子能量密度雖然不高，但是優(yōu)異的循環(huán)性能和穩(wěn)定性會(huì)在特定的儲(chǔ)能場(chǎng)景可能有很好的匹配度。
2023年8月，中國(guó)粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會(huì)”。我們有幸邀請(qǐng)到中南大學(xué)的唐有根教授為我們帶來(lái)題為《鈉離子電池正極材料的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化研究》的報(bào)告。
唐有根，博士，中南大學(xué)二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，湖南省電池行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，中南大學(xué)化學(xué)電源與材料研究所所長(zhǎng)，化學(xué)電源湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，金屬燃料電池工程技術(shù)中心（籌）主任，中國(guó)儲(chǔ)能與動(dòng)力電源及其材料專業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任兼秘書長(zhǎng)，中國(guó)儀表材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)理事，中國(guó)電化學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員，《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》、《功能材料》、《工業(yè)電池》編委。
近年來(lái)主要從事先進(jìn)電池、新能源材料和應(yīng)用電化學(xué)等方面的教學(xué)、科研和開發(fā)工作。承擔(dān)20余項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目、國(guó)家“863”高技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、解放軍武器裝備高新工程攻關(guān)項(xiàng)目和企業(yè)重大招標(biāo)與技術(shù)轉(zhuǎn)讓等項(xiàng)目。先后榮獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)12項(xiàng)，獲國(guó)家發(fā)明專利20項(xiàng)。出版專著和教材5部，在在Nature Commun，Angew. Chem. Int. Ed, Energy Environ Sci, Adv Mater, Adv Energy Mater, Adv Funct Mater等國(guó)內(nèi)外知名期刊發(fā)表科研論文300余篇。
相繼開發(fā)出系列稀土貯氫合金和動(dòng)力鎳氫電池系統(tǒng)、高鎳三元鋰離子電池正極材料、硅碳負(fù)極材料、水系鋰離子電池、電動(dòng)大巴用鋁空氣電池系統(tǒng)、無(wú)汞鋅粉等多項(xiàng)新產(chǎn)品。致力于解決行業(yè)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)難題，開展產(chǎn)學(xué)研合作，在儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域具有良好的科研、教學(xué)和成果轉(zhuǎn)化及創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和工作基礎(chǔ)。
參考資料：
1、白曉宇等，《鈉離子電池正極材料最新進(jìn)展》
2、王青貴等，《鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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