什么是鈉離子電池？鈉離子電池能套用鋰離子電池的結(jié)構(gòu)嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-29 11:32
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認(rèn)識(shí)鈉離子電池，首先要知道堿金屬。按照百度百科的解釋，堿金屬是指在元素周期表中ⅠA族除氫（H）外的六個(gè)金屬元素，即鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、銣（Rb）、銫（Cs）和鈁（Fr），而鈉和鋰都是堿金屬。由于二者的化學(xué)性質(zhì)相似，在鋰離子電池占據(jù)電動(dòng)汽車市場(chǎng)主導(dǎo)地位的今天，鈉離子電池的問世應(yīng)該算不上是稀奇事。
早期的鈉離子電池主要以Na/S為主，即鈉硫電池，化學(xué)反應(yīng)式為：
2Na+xS=Na2Sx
鈉硫電池中的電解質(zhì)是熔融狀態(tài)的鈉，所以要求運(yùn)行溫度達(dá)到300度以上。一些業(yè)內(nèi)人士介紹，僅鈉硫電池的預(yù)熱就需要三天時(shí)間。
另外，鈉硫電池的安全性偏低。鈉的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，熔融狀態(tài)的金屬鈉遇到空氣或水都會(huì)劇烈反應(yīng)，鈉硫電池導(dǎo)致的火災(zāi)通常只能用沙子覆蓋撲滅，但在清理燃燒灰燼時(shí)，鈉一旦接觸空氣又會(huì)死灰復(fù)燃。這是鈉硫電池?zé)o法大規(guī)模推廣的原因之一。
常溫下鈉離子電池的研究，可以追溯到上世紀(jì)80年代，但是由于正負(fù)極材料難以匹配，鈉離子電池的研究一度停滯不前。
進(jìn)入21世紀(jì)，新能源行業(yè)的興起帶活了上游產(chǎn)業(yè)，各種新興電池技術(shù)開始冒尖，常溫鈉離子電池也獲得了新生。這一時(shí)期，鈉離子相關(guān)的論文發(fā)表數(shù)量和新聞報(bào)道數(shù)量顯著增加——鈉離子電池開始獲得更多人的關(guān)注。
討論常溫下鈉離子電池的研究，不得不提到鋰離子電池，因?yàn)槎叩墓ぷ髟硎窒嗨?，而鋰離子電池已經(jīng)在電動(dòng)汽車市場(chǎng)上大獲成功。
鈉離子電池和鋰離子電池都屬于濃差電池。濃差電池是由于電池中存在濃度差而產(chǎn)生電勢(shì)的電池，具體到鈉離子電池上，在充放電過程中，鈉離子不停脫、嵌于正、負(fù)極，在隔膜兩側(cè)形成濃度差，進(jìn)而產(chǎn)生電勢(shì)。打個(gè)比方，鈉離子電池中電勢(shì)產(chǎn)生的過程，就像是離子要鉆到電極的“洞”里的過程。鋰離子電池也是如此。
基于此，在一些業(yè)內(nèi)人士看來，鈉離子電池可以直接套用鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和原理——反正都是“離子鉆洞”，而且，鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)十分成熟，直接套用可以縮短研發(fā)周期，何樂而不為呢。
但是，我對(duì)這種看法持保留意見。我認(rèn)為，鈉離子電池可以套用鋰離子電池的結(jié)構(gòu)，但是難度較大。雖然鈉和鋰的化學(xué)性質(zhì)相似，但是物理性質(zhì)相差不少。
借用剛才解釋濃差電池時(shí)打的比方，既然離子要往洞里鉆，它的尺寸就不能過大，否則不但離子遷移的動(dòng)作遲緩，還增大了“進(jìn)洞”難度，即便硬擠進(jìn)去，往復(fù)多次，就很有可能導(dǎo)致“山洞塌方”，鋰離子電池業(yè)內(nèi)稱之為“坍塌”或“崩塌”。
上表顯示，鈉離子的半徑比鋰離子大30%左右，如果套用鋰離子的電池結(jié)構(gòu)，很容易使電池的循環(huán)性能大打折扣，運(yùn)行幾十次之后可能就徹底報(bào)廢了。
另外，要談鈉離子電池套用鋰離子電池的結(jié)構(gòu)，必須先找到便宜好用的電極材料等。沒有這個(gè)大前提，套用是不現(xiàn)實(shí)的。
