一、鈉離子電池概述
鈉離子電池發展
鋰/鈉資源分布
鈉離子電池工作原理
鈉離子電池特點
? 成本低
? 碳酸鈉的價格為0.3萬元/噸，碳酸鋰的50+萬元/噸。
? 正負極集流體均可使用鋁箔，鋰離子電池負極需用銅箔。
? 安全性高
? 可在零電壓下保存及運輸，無運輸安全風險。
? 短路時，自發熱熱量少，無起火/爆炸等隱患。
? 工作溫域寬
? 高低溫(-40oC~80oC)電化學性能均有較好的容量保持率。
? 能量密度適中
? 鈉離子電池的重量和體積能量密度近似于磷酸鐵鋰鋰離子電池
鈉離子電池成本分析
二、鈉離子電池材料
正極材料
聚陰離子類化合物
鈉電聚陰離子正極材料結構與鋰電磷酸鐵鋰正極結構類似,橄欖石結構磷酸鹽。NaxMy[(XOm)n-]z，(M為過渡金屬元素，X為P、S等元素)
? 過渡金屬氧化物, NaxMO2， ( 0<x≤1，M 為過渡金屬元素)
? 高理論能量密度和電壓平臺，結構存在相變，可導致循環性能穩定性差。
? O3 型結構容量保持率低，能量密度高。P2 型結構循環性能較好，而比容量受到限制。
? 普魯士藍類化合物, NaxMa[Mb(CN)6] (Ma/Mb為Fe、Mn等元素）
? 開放三維結構利于鈉離子脫嵌，成本低，材料穩定性好。
? 制備過程中難以控制配位水，可導致循環性能穩定性差。
? 聚陰離子化合物，NaxMy[(XOm)n-]z(M為過渡金屬元素，X為P、S等)
? 熱穩定性好，結構穩定性好，電壓平臺高
? 理論能量密度低，導電性差
? 碳基材料包括硬碳和軟碳等。硬碳具有類似石墨的微孔結構，提供更多的儲鈉位點，比容量高。但首次庫倫效率較低。軟碳則比容量較低，但成本較低。
? 合金類材料如Sn、Sb和P具有較高的比容量，但會出現較大的體積膨脹率。例如，Sn的理論比容量為847mAh/g，體積膨脹率為423%。
? 鈦基氧化物材料，如TiO2和Na2Ti3O7，具有穩定的結構、良好的循環性能和高安全性，但其克容量較低。
三、鈉離子電池材料優化
正極材料
? 過渡金屬氧化物材料改善措施包括以下幾點：
? 使用多相過渡金屬氧化物等新型材料，可以抑制不可逆相變的形成，從而提高材料的循環穩定性。
? 過渡金屬氧化物不僅通過氧化還原反應提供容量，還可以通過陰離子的氧化還原活性提供額外的容量。
? NaxNiaMnbTicMgdM'eO2
? 克容量：155 mAh/g
? 放電電壓平臺：3.20V
? 材料能量密度：500Wh/kg
鈉離子電池材料優化：負極材料
硬碳材料“系列一”
克容量：320mAh/g
振實密度：1.05 g/cm3
全電池容量衰減率：<0.2%/100cycle
硬碳復合材料“系列二”
克容量：420mAh/g
提升全電池放電電壓平臺
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