產(chǎn)生背景

自20世紀90年代以來，鋰離子電池由于其高可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性而成為廣泛使用的可充電電池。隨著鋰資源的價格大幅度上漲，以及對鋰和其他鋰離子電池基本組件的需求不斷增加，鋰電池上游原材料缺口不斷擴大，迫使我們探索新的、更便宜的、基于現(xiàn)有豐富元素的電化學體系。成本較低的鈉離子電池則成了最佳選擇。鈉離子電池幾乎與鋰離子電池一起被發(fā)現(xiàn)，但是由于其離子半徑大，容量低，人們更偏向于對鋰電的研究，對鈉電的研究幾乎停滯。直到近幾年電動汽車及儲能產(chǎn)業(yè)迅猛增長，人們再次將目光放在與鋰離子電池同時被提出的鈉離子電池上。

鋰、鈉、鉀同屬于元素周期表堿金屬元素，在物理和化學性質(zhì)方面有相似之處，理論上都可用作二次電池材料。且鈉資源儲量非常豐富，在地殼中分布廣泛，提煉簡單。鈉作為鋰的替代品，在電池領(lǐng)域得到越來越廣泛的關(guān)注。不僅各電池廠爭相推出鈉離子電池技術(shù)路線，國家發(fā)改委、國家能源局相繼發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》均提到，要研發(fā)鈉離子電池等新一代高性能儲能技術(shù)。工信部也將鈉離子電池等新型電池作為推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壓艙石。目前針對鈉離子電池的行業(yè)標準目前也在編制中。預計隨著產(chǎn)業(yè)加大投入、技術(shù)走向成熟、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，高性價比的鈉離子電池有望分占鋰離子電池的部分市場。

鈉電與鋰電對比

• 鈉離子電池炭系負極相比石墨負極，成本低，可改性空間更大；

• 鋁箔可以作為鈉離子電池正負極的集流器。鋰離子電池負極電位低，必須使用不被腐蝕的銅箔；而鈉離子電池的負極電位高，因此不會與鈉形成合金。而鋁箔無論重量和成本都比銅箔低；

• 在電解液中，Na+的溶解度比Li++低30%左右，溶解速率高，電極-電解質(zhì)界面處的電荷轉(zhuǎn)移電阻較小，提供了更好的電極動力學，因此在高溫和低溫下鈉離子電荷的放電率高，低溫性能優(yōu)異，能夠快速充電；

• 鈉離子電池的正極材料選擇范圍更廣，元素周期表中第一行過渡金屬元素幾乎都可用于鈉離子電池，這是由于Na+（半徑0.102nm）和過渡金屬離子（半徑0.05–0.07nm）之間的尺寸差異較大，利于其分離；

• 由于鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰離子電池高，在短路的情況下瞬時發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度高于鋰電池，具備更高的安全性。

• 鈉離子半徑較大，在電極材料中進行脫嵌時可能會導致材料的破裂，從而影響電池的整體動力學性能和電極完整性；

• 鈉具有更高的標準電極電位（比鋰高0.33V），導致鈉離子電池的能量密度較低，在動力領(lǐng)域還是很難與鋰離子電池競爭。

最新研究進展

近年來對于鈉離子電池的研究具體內(nèi)容包括：“鈉離子電池先進的無鈷正極材料”、“用于鈉離子電池正極的低成本聚陰離子型硫酸鹽”、“用于鈉離子電池正極的普魯士藍類化合物”、“鈉離子電池有機正極材料的基礎(chǔ)研究到潛在商業(yè)應用”、“錫基金屬氧化物和硫化物作為鈉離子電池的負極材料”、“鈉離子電池中用于先進碳材料的納米工程”和“先進原位表征技術(shù)在研究鈉離子電池中的應用”等?？偟膩碚f從優(yōu)化改性手段、改進制備方法和探究儲鈉機理等方面得到高性能正負極材料來提升鈉離子電池整體競爭力仍是研究熱點。