中國粉體網(wǎng)訊 隨著世界能源轉(zhuǎn)型的到來，儲能電池的需求量進一步提高，作為稀堿金屬元素的鋰面臨著資源短缺、價格昂貴和開采困難等一系列潛在危機。與鋰離子相比，鈉離子在地殼與海洋中的儲量極為豐富，在自然界中的豐度約為鋰的3000倍，獲得手段簡單，價格低廉，鈉離子電池有望成為未來鋰離子電池大規(guī)模儲能市場的重要補充。
然而，由于Na+（0.102nm；22.99g/mol）的尺寸和質(zhì)量要比Li+（0.076nm；6.94g/mol）大，導致在開發(fā)鈉離子電池電極材料方面面臨著巨大挑戰(zhàn)，尤其是決定電池能量密度的正極材料。得益于鋰離子電池中過渡金屬鋰氧化物的研發(fā)與應(yīng)用，過渡金屬鈉氧化物（NaxMeO2，Me=Co、Ni、Fe、Mn和V等）作為鈉離子電池正極材料得到廣泛研究與發(fā)展。已有研究表明錳基（NaxMn1-yMyO2，M：摻雜元素）材料具有資源豐富、合成工藝簡單、理論比容量高、化學組成和相結(jié)構(gòu)可調(diào)控性強以及環(huán)境友好等優(yōu)點，受到眾多研究者的廣泛關(guān)注。
Mn/Fe/Ni/Cr/V基正極材料的電化學穩(wěn)定性比較
NaxMn1-yMyO2材料一般可分為層狀結(jié)構(gòu)和隧道結(jié)構(gòu)，層狀NaxMn1-yMyO2（0＜x≤1）材料由于其鈉含量高能夠提供較高的比容量而得到廣泛研究。但其在儲存和充放電過程中容易發(fā)生不可逆的相結(jié)構(gòu)變化，導致材料穩(wěn)定性和循環(huán)性能不佳；再者，正極/電解液界面反應(yīng)的存在會直接作用于正極材料，該過程導致的結(jié)構(gòu)改變、產(chǎn)生的新物質(zhì)會對電池充放電過程產(chǎn)生不利影響；此外，材料中存在的Na+/空位有序排列會導致材料在充放電過程產(chǎn)生復雜的氧化還原峰，阻礙鈉離子的傳輸速率進而影響倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
針對上述問題，科研工作者進行了一系列的改性工作。其中，材料的微觀結(jié)構(gòu)是影響其結(jié)構(gòu)性能與電化學性能的關(guān)鍵因素之一。針對性的構(gòu)建比表面積較大、活性位點較多、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好的正極材料是調(diào)控其微觀結(jié)構(gòu)的目的。常見的結(jié)構(gòu)為納米級超結(jié)構(gòu)，常結(jié)合不同的納米級超結(jié)構(gòu)如蜂窩狀、棒狀等進行設(shè)計。
2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會”。我們有幸邀請到創(chuàng)普斯（深圳）新能源科技有限公司鈉電研究院的蘇恒副院長為我們帶來題為《高性能鈉離子電池正極材料的設(shè)計與開發(fā)》的報告。
報告摘要：鈉離子電池錳基正極材料的循環(huán)性能和高容量往往難以兼?zhèn)洌渲械年P(guān)鍵問題在于高容量正極材料循環(huán)穩(wěn)定性能的提升。由于之前的研究發(fā)現(xiàn)，鈉離子電池正極材料的性能和其局域結(jié)構(gòu)具有密切的關(guān)系。因此在本工作中，蘇院長通過鈉離子電池正極材料的局域結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)控，實現(xiàn)了鈉離子電池層狀正極材料循環(huán)穩(wěn)定性能的大幅提升，保證了材料的高能量密度和長循環(huán)性能。同時，通過降本工藝，提出了鈉離子電池商業(yè)化的有效途徑。
蘇恒，北京工業(yè)大學博士，美國能源部阿貢國家實驗室訪問學者，創(chuàng)普斯集團鈉電研究院副院長。已在二次電池關(guān)鍵材料的結(jié)構(gòu)、性能與機制方面研究8年。美國能源部鈉電研究項目骨干成員，在國際頂級期刊已發(fā)表論文14篇，其中以第一作者、共同第一作者發(fā)表論文7篇，總影響因子>280；申請專利8項，已授權(quán)3項。
創(chuàng)普斯（深圳）新能源科技有限公司是一家致力于新能源儲能器件及其材料基礎(chǔ)研究直至產(chǎn)業(yè)化的高新技術(shù)企業(yè)。公司新能源材料業(yè)務(wù)聚焦于耐低溫、高倍率磷酸鐵鋰正極材料和高容量、長壽命硅碳負極材料以及儲能產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用板塊業(yè)務(wù)，同時在鈉離子正極材料領(lǐng)域擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。
參考資料：
1、莊新蝶等，《Ti摻雜隧道型鈉離子電池正極材料的制備及電化學性能》
2、師文君等，《鈉離子電池層狀過渡金屬氧化物正極材料研究進展》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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