钠电池取得突破！钠电池来源和优劣势介绍

1钠元素

钠是化学元素周期表中的第11号元素。

2 钠电池的发展

早在二十世纪七十年代，钠离子电池与锂离子电池就已经开始发展。但是锂离子电池的技术难关突破更容易，使得科学家逐渐忽略了更难突破的钠离子电池的研发工作。但随着技术的发展，新能源产品的开发，电子产品和电动汽车的迅速应用，人们对发展高性能的锂离子电池的需求量不断增加，但是锂作为锂离子电池的主要组成成分在地壳中分布是不均匀的，在不久的将来人们可能会面临锂离子电池市场供不应求的局面。

3 钠电池的优势

（1）资源丰富：地壳中锂含量是少量元素，仅为20 ppm，且70%分布在南美洲，而我国锂资源严重贫乏。钠含量约为 23600 ppm，大约是锂的 1200 倍，储量极其丰富，采购和加工过程相对便宜，生产成本降低；

（2）工作原理类似锂离子电池：可兼容锂离子电池的生产设备；

（3）可使用廉价的铝箔：在低电位时铝和钠不会发生合金化反应，电池组装过程中可以采用铝箔替换传统的铜箔作为集流体；

（4）节约非活性材料：通过固态电池设计双极性电极，涂布正极和负极材料在同一张铝箔两侧，然后进行极片周期堆叠，在一个单体电池中实现更高电压，并可节约其他非活性材料以提高体积能量密度；

（5）更强大的界面离子扩散能力。与锂离子相比，钠离子的溶剂化能更低。

（6）更高的离子电导率。钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小，相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率；

（7）优异的高低温性能；

（8）更好的安全性能。研究人员所做的安全项目测试中，没有发生起火现象。

 

4 钠电池的劣势

       首先，钠离子的半径大，移动速率慢。锂离子的离子半径小于钠离子的半径，因而锂离子可以嵌入石墨材料，而钠离子无法嵌入，也很难嵌入发生化学反应所在的电极晶体结构中，这也就导致钠离子的移动速率就比较慢，电池可逆性差，能量密度利用率低，影响钠离子电池充、放电速率。其次，主流的钠离子电池正极材料理论能量密度不及三元锂，实际能量密度较磷酸铁锂低。第三，在电池系统上，钠离子电池在成组方面可能存在劣势，因为磷酸铁锂单体容量比钠离子电池有数量级的领先优势，电池的温度管控难度可能较大，能量循环效率也就会较差。

5 钠电池的正负极材料

（1）正极材料：氧化物型（Na-Co和Na-Mn 氧化物材料）、聚阴离子型（磷酸盐材料、氟磷酸盐材料、NASICON 结构材料）

（2）负极材料：碳基负极材料、钛基负极材料、钠合金负极材料、其它负极材料（复合氧化物型负极材料和硅、硫、磷等负极材料）。

参考资料：容晓晖、陆雅翔、胡勇胜——《钠离子电池：从基础研究到工程化探索》

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