什么是鈉離子電池？鈉離子電池和鋰離子電池有什么關系？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-01 22:20
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鋰離子電池現(xiàn)在可謂是風頭正勁，集萬千寵愛于一身，但是在這熱鬧之下，一場危機正在醞釀，鋰離子電池的近親——鈉離子電池正在醞釀奪權。鈉離子電池最主要的特征就是利用Na+代替了價格昂貴的Li+，因此正極材料、負極材料和電解液等都要做相應的改變，適應Na離子電池。相比于鋰元素，鈉元素在地殼中的儲藏量十分豐富，獲得Na元素的方法也十分簡單，因此相比于鋰離子電池，鈉離子電池在成本上將更加具有優(yōu)勢。
鈉離子電池的概念起步并不晚，上個世紀80年代與鋰離子電池幾乎同時起步。然而到了90年代，由于Na離子電池能量密度要低于鋰離子電池，因此漸漸淡出人們的視野。但是由于鋰資源是一種相對稀缺的資源，因此面對節(jié)節(jié)攀升的碳酸鋰價格，使得人們再次關注鈉離子電池。
目前鈉離子電池最大的難點是尋找一款穩(wěn)定的鈉離子電池負極材料，傳統(tǒng)的鋰離子電池負極材料——石墨，能夠與Li結合，形成LiC6結構的化合物，理論比容量為372mAh/g，但是石墨僅能儲存十分有限的Na離子，這可能是由于Na會首先在石墨表面形成鍍層，而不是與石墨形成化合物。為了改善石墨材料的性能，其中針對石墨材料的一個研究方向為開發(fā)高層間距石墨材料，例如將石墨的層間距提高到0.43nm，可以獲得300mAh/g以上的可逆容量。
硬碳也是一種可以儲存Na離子的負極材料，由于硬碳材料結晶度較低，碳原子層的排布規(guī)則度較低，因此可以儲存較多的Na離子，其容量可達到300mAh/g以上，但是循環(huán)性能較差，例如1維的納米碳纖維循環(huán)600次以后容量僅為176mAh/g。而且硬碳的首次效率較低，這主要是因為硬碳較大的比表面造形成數(shù)量客觀的SEI膜造成的，特別是對一些多孔碳材料，其較大的表面積嚴重的影響了鈉離子電池的首次效率。因此降低硬碳材料的比表面積有助于提高硬碳材料的容量。
合金負極也是一種十分具有吸引力的負極材料，例如錫基和硅基材料，由于其較高的比容量，成功吸引了人們的注意。當然與鋰離子電池一樣，這些材料仍然存在膨脹過大的問題。錫基負極能與Na形成Na15Sn4合金，比容量可達847mAh/g，但是這也伴隨著420%的體積膨脹，這極大的制約了錫基負極的應用。
磷負極也是鈉離子電池負極的一個候選者，磷與Na可以形成Na3P結構，理論比容量達到2600mAh/g，當P與炭黑按照7：3的比例混合時，可以等到性能優(yōu)良的復合材料，比容量達到2000mAh/g以上，并具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。
除了上述的鈉離子電池負極，其他的一些金屬氧化物也是一種良好的負極材料，例如TiO2材料，由于其性能好，資源豐富，且成本低因此是一種十分具有潛力的鈉離子電池負極材料。例如TiO2/C復合材料，具有十分優(yōu)良的倍率性能，在36C的超大倍率下，仍然具有90mAh/g以上。此外，金屬硫化物也是一種可供選擇的負極材料，例如MoS2材料在鈉離子電池中也具有良好的電化學性能。
Na離子電池雖然能量密度不及鋰離子電池，但是由于Na資源豐富，且十分容易獲得，加之目前碳酸鋰價格高漲，因此從長遠來看，Na離子電池仍然具有十分廣泛的應用前景，在一些對能量密度要求不高的領域，例如電網(wǎng)儲能、調峰，風力發(fā)電儲能等方面還是具有應用前景的。因此在未來，鈉離子電池可與鋰離子電池形成高低搭配的組合，高端用鋰離子電池，普通用鈉離子電池。
