水系鈉離子電池研發(fā)最新進(jìn)展 2022水系鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

• 2022年1月17日 WuYaNan來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 985 62
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近年來(lái)，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來(lái)越受到關(guān)注。寧德時(shí)代已布局無(wú)負(fù)極金屬電池技術(shù)，并申請(qǐng)專利。該專利包括相關(guān)技術(shù)的材料設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝，有望在鈉離子電池上率先落地。

鈉離子的應(yīng)用場(chǎng)景更多是在儲(chǔ)能、兩輪車等領(lǐng)域。鈉離子電池在對(duì)能量密度要求不高的場(chǎng)景中，將有著廣泛的應(yīng)用前景。鈉離子電池是一種依靠鈉離子在正極與負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作的二次電池，其主要由正極、負(fù)極、電解液以及隔膜構(gòu)成;正極材料主要有氧化物、聚陰離子類和普魯士藍(lán)類等，負(fù)極的材料主要是硬碳材料;電解液主要成分為六氟磷酸鈉。

2022水系鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

作為新能源的一顆新星，鈉離子電池正在產(chǎn)業(yè)化的道路上加速向前，或成為我國(guó)引領(lǐng)新一輪能源革命的機(jī)會(huì)。相比于上述的傳統(tǒng)二次電池，有機(jī)系離子電池以離子在正負(fù)極的嵌入脫出和在兩極間擴(kuò)散作為充放電基本原理，具有能量密度高，倍率高和循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。在性能上可以滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)要求。然而，由于其大量使用易燃的有機(jī)電解質(zhì)，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中會(huì)造成爆燃事故，有安全性問(wèn)題缺陷。

材料是決定電池性能的關(guān)鍵一環(huán)，當(dāng)前，制約水系鈉離子發(fā)展的瓶頸正是由于缺乏高性能的新型電極材料。由于正極材料占電池成本的40%左右且也是決定電池的電壓和容量的重要因素，所以開發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的正極材料是我們的重要方向。

水系鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，主要由正負(fù)極材料、電解液和集流體構(gòu)成的。正負(fù)極都是采用嵌鈉化合物，基本反應(yīng)原理如圖所示，充電時(shí)，在電池內(nèi)部，鈉離子從正極富鈉晶格中脫出來(lái)后通過(guò)電解液擴(kuò)散嵌入負(fù)極晶格中，放電過(guò)程與之相反，鈉離子又回到正極，電子在電池外部從外電路以相同的方向流過(guò)以確保整個(gè)系統(tǒng)的電荷平衡。

實(shí)際上，鈉離子電池的研究與鋰離子電池幾乎同時(shí)起步，早在20世紀(jì)80年代，人們就開展了有機(jī)系鈉離子電池正負(fù)極材料的研究。但是與有機(jī)系鋰離子電池相比，鈉離子電池的發(fā)展緩慢。這主要是由于成功應(yīng)用于有機(jī)系鋰離子電池中的正負(fù)極材料體系不能簡(jiǎn)單地移植到鈉離子電池中。雖然二者都是以正、負(fù)極間離子嵌入/脫出反應(yīng)的“搖椅式”機(jī)理作為充放電反應(yīng)機(jī)理，可是因?yàn)殁c的離子半徑(0.102nm)比鋰離子和質(zhì)子大許多，使得其嵌入反應(yīng)困難。

而且，負(fù)極材料在接受大體積的鈉離子的嵌入反應(yīng)過(guò)程中，其晶格容易發(fā)生形變甚至坍塌，影響到電池的循環(huán)性能。直到近年，在容量利用率和循環(huán)壽命方面基本滿足要求的有機(jī)系鈉離子電池用負(fù)極材料才被開發(fā)出來(lái)。

鈉是地球上儲(chǔ)量最豐富的資源之一，可以說(shuō)是用之不竭。價(jià)格也顯著降低，通常為鋰鹽的1/10。因此，水系電解質(zhì)的鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的適合大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池之一，成為最近業(yè)界研究工作的焦點(diǎn)。

水系離子電池由于采用中性的鹽水溶液作為電解質(zhì)，既避免了有機(jī)電解質(zhì)的易燃問(wèn)題，又克服了傳統(tǒng)水系電池的高污染，壽命短(如鉛酸電池)和價(jià)格昂貴(鎳氫電池)的缺點(diǎn)，是能夠滿足大型儲(chǔ)能技術(shù)要求的理想體系之一。因此，近年來(lái)，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來(lái)越受到關(guān)注。

水系鈉離子電池研發(fā)最新進(jìn)展

據(jù)悉，寧德時(shí)代已布局無(wú)負(fù)極金屬電池技術(shù)，并申請(qǐng)專利。該專利包括相關(guān)技術(shù)的材料設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝，有望在鈉離子電池上率先落地。這意味著，電池能量密度有望從材料本質(zhì)上得到大幅提升，實(shí)現(xiàn)此前寧德時(shí)代宣布的下一代鈉離子電池能量密度超過(guò)200Wh/kg的目標(biāo)。寧德時(shí)代的入局、國(guó)家部門的激勵(lì)政策使得鈉離子電池成為過(guò)去一年電池行業(yè)的大熱點(diǎn)，引起市場(chǎng)和資本廣泛的關(guān)注。

未來(lái)行業(yè)發(fā)展如何?想了解更多關(guān)于水系鈉離子電池行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)分析，請(qǐng)點(diǎn)擊查看中研普華研究院《2022-2027年中國(guó)水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展分析與投資預(yù)測(cè)報(bào)告》。

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