中國粉體網(wǎng)訊  7月29日，寧德時代董事長曾毓群博士在鈉離子電池發(fā)布會上，不僅向全世界展示了寧德時代這款全球最高水平160Wh/kg能量密度的第一代鈉離子電池，更是創(chuàng)造性的將鈉離子電池和鋰離子電池混搭使用，最超預(yù)期的是鈉離子電池最快會在2023年商業(yè)化。鈉離子電池這個有別于目前主流鋰電池的新型電池迅速進入了市場的視野中，不僅激起了投資者的熱議，更是引發(fā)了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

鈉離子的半徑較大、比重高，導(dǎo)致其在電極材料脫嵌時受到的阻力比鋰離子大，電池的能量密度和功率密度較低�，F(xiàn)階段較為成熟的鈉離子電池電極材料較少且電化學(xué)性能較差，還沒有適合大規(guī)模商業(yè)化的材料。對于大規(guī)模儲能而言，在一定安全性的基礎(chǔ)上，成本和循環(huán)壽命是需要考慮的首要因素，而開發(fā)價格低廉、性能優(yōu)異的儲鈉電極材料是實現(xiàn)鈉離子電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

目前，鈉離子電池正極材料已得到廣泛而深入的研究，負極材料研究則相對不成熟，成為制約鈉離子電池發(fā)展的重要因素。鈉離子電池負極材料主要有四類：

（1）碳基負極材料

由于傳統(tǒng)的石墨無法作為鈉離子電池的負極，目前人們研究重點在無定形碳上，主要包括兩類：硬碳和軟碳。碳基負極材料尤其是硬碳材料，具有合適的電位、較高的比容量和首次Coumlombic效率，使其成為最有商業(yè)化前景的負極材料。然而，硬碳材料的成本較高，不利于發(fā)揮鈉離子電池低成本的優(yōu)勢。

（2）鈦基氧化物負極材料

鈦在氧化物中一般都以四價存在，是一種在空氣中可以穩(wěn)定存在的價態(tài)。所以，鈦基氧化物能夠長時間在空氣中穩(wěn)定存儲。二氧化鈦（TiO₂）具有晶型豐富、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)境友好、價格低廉等優(yōu)點，逐漸成為鈉離子電池負極材料的研究熱點。在深度放電條件下，TiO₂的理論容量為335mAh·g^-1。然而TiO₂為半導(dǎo)體，導(dǎo)電性較低，導(dǎo)致其電化學(xué)活性不高，將TiO₂與高導(dǎo)電性碳材料進行復(fù)合已經(jīng)成為提高其儲鈉性能的重要手段。

（3）合金類負極材料

合金類負極材料因其高的比容量而備受關(guān)注，這類研究主要集中在第Ⅳ主族和第Ⅴ主族元素中，比如Sb金屬，它與3個Na發(fā)生反應(yīng)提供660mAh/g的比容量；Sn金屬可以與3.75個Na發(fā)生反應(yīng)提供847mAh/g的比容量，因此Sn表現(xiàn)出更高的容量優(yōu)勢。金屬Sn負極首周庫倫效率較低，循環(huán)性能不佳，這是限制其應(yīng)用的主要因素。

（4）金屬有機骨架化合物負極材料

基于電化學(xué)活性的有機化合物材料不但可以作為鈉離子電池正極材料，也可以作為鈉離子電池負極材料。羰基化合物是1969年首次報道以來研究最為廣泛的有機電極材料之一。羰基由于具有高反應(yīng)活性、快的離子傳輸動力學(xué)、高的比容量和結(jié)構(gòu)多樣性，是目前在有機電活性材料中普遍存在的官能團。

為致力于提高鈉離子電池的能量密度，有利于進一步設(shè)計開發(fā)性能優(yōu)異的鈉離子電池關(guān)鍵電極材料，并構(gòu)建高穩(wěn)定、長壽命的鈉離子電池，為鈉離子電池在儲能領(lǐng)域的規(guī)模應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺將于2021年8月25日舉辦“2021首屆鈉離子電池技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會”，屆時來自中南大學(xué)的王海燕教授將作《提升鈉離子電池能量密度：從材料到全電池體系》報告，本報告首先介紹課題組在低成本高容量TiO₂和MoS₂等非碳負極上的研究進展，然后將重點介紹在硬碳結(jié)構(gòu)調(diào)控方面的工作。

另外，因為高容量負極如TiO₂，MoS₂或硬碳的首次庫倫效率都較低，需要消耗大量正極材料，導(dǎo)致全電池能量密度下降，針對這個問題，課題組首先提出了系列結(jié)構(gòu)與界面調(diào)控策略，提升負極材料的首庫。并且提出一種正極補鈉技術(shù)，在基本不影響電池其它電化學(xué)性能的前提下實現(xiàn)了全電池能量密度的明顯提高（超過20%），有望為推動高容量鈉離子負極材料的實際應(yīng)用提供一種新思路。

報告人介紹

王海燕，中南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，香江學(xué)者，湖南省杰出青年基金獲得者，湖湘青年英才。曾獲國家公派留學(xué)University of St.Andrews，曾獲香江學(xué)者資助在香港科技大學(xué)從事研究工作。主要從事儲能材料結(jié)構(gòu)與界面調(diào)控方面的研究，致力于開發(fā)高比能長壽命高安全的儲能電池器件。目前以第一或通訊作者在Nat Commun，Ange wandte，Energy Environ Sci，Adv Mater等國內(nèi)外知名期刊發(fā)表論文120余篇，他引4500余次，H指數(shù)45。獲授權(quán)國家發(fā)明專利12項，其中2項已實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化。獲湖南省首屆“我最喜愛的青年教師”，湖南省自然科學(xué)二等獎和重慶市科技進步一等獎等。

資料來源：

黃洋洋等. 高性能低成本鈉離子電池電極材料研究進展 

廉思甜等. 二氧化鈦基鈉離子電池負極材料研究進展 

徐凱琪等. 鈉離子電池硬碳負極材料首周效率的研究進展

華爾街見聞：寧德鈉離子電池對行業(yè)意味著什么？沖擊or機遇？

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）

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