對于鈉離子電池我們關(guān)注的焦點，一個是成本要低，正極材料要去鋰脫鈷，不用鋰離子，也不用成本較高的鈷原料；第二是在電動車和儲能方面都要求電池壽命要長；第三是安全性要好；最后是能量密度要比較合適。

 

　　鈉離子電池和鋰離子電池的反應(yīng)機(jī)理相近，正極材料除了磷酸鹽或氟化磷酸鹽以外，還可以用鎳錳層狀過渡金屬氧化物。在負(fù)極材料方面可選擇碳類、合金和化合物。在三大類負(fù)極材料中，我們還是選擇最便宜的碳材料。我們對于負(fù)極碳材料又進(jìn)行了軟碳、硬碳和石墨烯三個分類的研究。

 

　　我們最近的一些研究成果，其中一個是采用層狀結(jié)構(gòu)Na0.67Ni0.33-xMxMn0.67O2作正極材料。經(jīng)過實驗研究和比較，在制備正極原材料的使用上，我們認(rèn)為使用醋酸鹽或草酸鹽更好。根據(jù)文獻(xiàn)報道，正極材料如果只用鎳錳氧化物，它的循環(huán)性能和充電到高電位時的穩(wěn)定性較差。所以有文獻(xiàn)報道可以用鎂摻雜，替代鎳位，這樣的話期待它的容量可以更高，這種方法對于獲得高能量密度的鈉離子電池是很有幫助的。除了鎂以外，其他摻雜的元素可不可以呢？我們選擇與替代元素離子半徑相近的元素做摻雜，比如替代鎳位，我們選了鋯（Zr）離子和銅（Cu）離子進(jìn)行摻雜。材料摻雜后與摻雜前電化學(xué)性能和循環(huán)性能都有提高，Zr摻雜和Cu摻雜相比，Cu摻雜的循環(huán)穩(wěn)定性更好。

 

　　負(fù)極方面，由于軟碳材料處理的方法比較多，我們嘗試了用磷摻雜軟碳。摻雜磷后放電容量可以提高30%以上，循環(huán)特性好。為什么摻磷后材料性能提高呢？這是由于摻磷后可以增加鈉吸附的活性點。在傳統(tǒng)的嵌入反應(yīng)之外，還多了一些鈉離子吸附的活性點位。另外，在硬碳方面，我們選用了椰殼、杏殼等生物質(zhì)材料，通過處理，最終獲得硬碳材料。通過拉曼分析可以發(fā)現(xiàn)，這些材料是短層有序、長層無序的結(jié)構(gòu)，微晶的層間距較大，適合鈉離子嵌入。

 

　　通過循環(huán)實驗可以看到，經(jīng)過200次循環(huán)，容量基本沒有衰降，循環(huán)穩(wěn)定性很好。由此可見，這些生物質(zhì)材料是很好的廉價的鈉離子電池負(fù)極材料。再有，對于石墨烯負(fù)極我們也做了研究。石墨烯材料最大的問題是密度比較低，將來能不能做成高體積比能量的電池還是問題。所以可以考慮將石墨烯和其他負(fù)極材料如硬碳、軟碳，以及化合物類或合金類材料進(jìn)行復(fù)合。

 

　　我們做了1.5Ah和0.5Ah兩種軟包全電池，正極材料采用前面提到的鎳錳氧化物，負(fù)極采用生物質(zhì)的硬碳材料，經(jīng)300次循環(huán)后容量衰降為15%。由此可見，鈉離子電池用廉價材料是可以制備的，而且電性能良好。