中國粉體網(wǎng)訊 鈉離子電池因鈉資源豐富、價格低廉、安全性高等優(yōu)點而備受矚目，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)模儲能，低速電動車和特種工程車等領域具有良好的應用前景。
鈉離子電池與鋰離子電池一樣由正負極材料、電解液、負極集流體、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實用化的關鍵。鈉離子質量和半徑比鋰離子更大，離子擴散速率較低，反映在電池性能上為理論容量和反應動力學特征略為遜色，需要通過正極材料的突破來改善這些問題。在鈉離子電池正極材料選擇過程中需要注意以下幾項：結構穩(wěn)定、儲量豐富環(huán)保、比容量高、工作電壓高、離子電導率高。
目前，鈉離子電池正極材料的技術路線還未確定，主要由三種技術路線相互競爭：層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍類化合物和聚陰離子化合物。
層狀過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。在生產工藝方面，層狀過渡金屬氧化物的生產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。
普魯士藍及類似物由于離子通道和晶格間隙很大，很容易進行可逆的離子嵌入/脫出反應，產業(yè)化應用面臨著一些關鍵問題如不可逆的結構相變和晶體缺陷等，但仍是一種非常有潛力的鈉離子電池正極材料。由于普魯士藍類似物也是一種無機顏料，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普遍擁有較高的工作電壓，如能通過簡單有效的工藝方法解決導電性較差的問題，使其發(fā)揮穩(wěn)定性和倍率性能方面的優(yōu)異特性，有望比過渡金屬氧化物材料獲得更迅速的應用推廣前景。
三種鈉電池正極材料技術路線對比
總體而言，層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍及類似物和聚陰離子化合物三條正極技術路線的性能水平各有優(yōu)劣，都有對應的廠商在布局。層狀過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構相近，是目前鈉電池廠商或者正極配套廠商布局最多的品種，當前來看最先落地的適用場景可能是A0/A00級別電動車， 和兩輪車等。普魯士藍及類似物如果能解決結晶水的問題，其能量密度和循環(huán)性能提升的潛力很大，加上其成本低，未來在電動車和儲能領域都有應用的可能性。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)定性會在特定的儲能場景可能有很好的匹配度。
2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術與產業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術研討會”。我們有幸邀請到中南大學的唐有根教授為我們帶來題為《鈉離子電池正極材料的發(fā)展與產業(yè)化研究》的報告。
唐有根，博士，中南大學二級教授、博士生導師，湖南省電池行業(yè)協(xié)會會長，中南大學化學電源與材料研究所所長，化學電源湖南省重點實驗室主任，金屬燃料電池工程技術中心（籌）主任，中國儲能與動力電源及其材料專業(yè)委員會常務副主任兼秘書長，中國儀表材料學會常務理事，中國電池工業(yè)協(xié)會理事，中國電化學專業(yè)委員會委員，《儲能科學與技術》、《功能材料》、《工業(yè)電池》編委。
近年來主要從事先進電池、新能源材料和應用電化學等方面的教學、科研和開發(fā)工作。承擔20余項國家重點科技攻關項目、國家“863”高技術計劃項目、國家自然科學基金項目、解放軍武器裝備高新工程攻關項目和企業(yè)重大招標與技術轉讓等項目。先后榮獲省部級科技進步獎12項，獲國家發(fā)明專利20項。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等國內外知名期刊發(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力鎳氫電池系統(tǒng)、高鎳三元鋰離子電池正極材料、硅碳負極材料、水系鋰離子電池、電動大巴用鋁空氣電池系統(tǒng)、無汞鋅粉等多項新產品。致力于解決行業(yè)相關企業(yè)的技術難題，開展產學研合作，在儲能技術領域具有良好的科研、教學和成果轉化及創(chuàng)新實踐平臺建設經(jīng)驗和工作基礎。
參考資料：
1、白曉宇等，《鈉離子電池正極材料最新進展》
2、王青貴等，《鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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