中國粉體網(wǎng)訊 隨著新能源市場的不斷擴(kuò)張以及對可持續(xù)能源需求不斷增加，資源豐富、成本低廉且綜合性能優(yōu)異的鈉離子電池受到廣泛關(guān)注，不僅在大規(guī)模儲能中表現(xiàn)出極大潛力，在動力電池、便攜式電池等應(yīng)用上同樣未來可期。
鈉離子電池是在鋰離子電池的基礎(chǔ)上發(fā)展的。鈉離子電池和鋰離子電池工作原理基本相似，電池的正負(fù)極材料和電解液等都需要做出相應(yīng)改變來適應(yīng)鈉離子電池。制造工藝上也類似，鈉離子電池與鋰電池的產(chǎn)線設(shè)備可以兼容。
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的痛點在于把鋰離子電池電極材料中的鋰換成鈉來研究，其總體性能不及鋰離子電池。究其原因：一方面，鈉離子比鋰離子重，電負(fù)性沒有鋰低，因此同類電極材料中，鈉離子電池一般比相應(yīng)鋰離子電池的電壓低、比容量也低，使得電池的能量密度也低；另一方面，由于鈉離子半徑比鋰離子的半徑大，導(dǎo)致鈉離子在剛性結(jié)構(gòu)中相對比較穩(wěn)定，難以可逆脫嵌，即使可以發(fā)生脫嵌，鈉離子嵌入脫出的動力學(xué)很慢，并且容易引起電極材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的相變，降低了電池的循環(huán)性能。
目前，鈉離子電池發(fā)展的問題主要是：正極材料路線選擇，各有優(yōu)勢與不足；石墨與硅碳不適合儲鈉，需開發(fā)新型負(fù)極材料；高容量負(fù)極首次庫倫效率低，制約全電池能量密度。其中，負(fù)極材料是限制鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。
常見鈉離子電池負(fù)極材料包括碳基材料、鈦基材料、合金材料、過渡金屬化合物等。
鈉離子電池負(fù)極材料電壓與比容量圖
合金類負(fù)極有較好的導(dǎo)電性和極高的理論容量，但儲鈉過程中會發(fā)生嚴(yán)重且不可逆的體積膨脹，導(dǎo)致電極粉化、循環(huán)容量迅速衰減；金屬氧化物和硫化物等轉(zhuǎn)化類材料同樣有較高的理論比容量，然而較差的導(dǎo)電性限制了電子傳輸和倍率表現(xiàn)；碳基材料具有容量高、平臺低等優(yōu)點是目前最有應(yīng)用前景的鈉離子電池負(fù)極材料。
在幾種碳基材料中，硬碳材料在工作電位、容量、首次庫侖效率等方面具有優(yōu)勢，是目前最有競爭力和應(yīng)用前景的負(fù)極材料。
各碳負(fù)極材料平均電位與比容量圖
硬碳負(fù)極材料面臨的問題主要是生產(chǎn)成本較高、儲鈉容量有待提升、首次庫侖效率較低等，目前主要是通過對硬碳的孔結(jié)構(gòu)、界面等進(jìn)行調(diào)控，解決硬碳負(fù)極材料所面臨的成本、性能等問題。
目前商用硬碳負(fù)極的比容量接近300mAh/g，首效在80%以上，最具代表性的產(chǎn)品是日本可樂麗公司生產(chǎn)的椰殼基硬碳，但市售價格高于每噸15萬元，難以滿足鈉離子電池高性價比的需求。國內(nèi)企業(yè)正在積極布局鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的研發(fā)與生產(chǎn)，力爭盡快實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
針對各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況，中國粉體網(wǎng)將于10月25-26日在東莞舉辦“第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇“。我們有幸邀請到陜西創(chuàng)普斯新能源科技有限公司鈉電研究院的蘇恒副院長，屆時他將帶來題為《鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的痛點及關(guān)鍵材料》的報告。
本次報告蘇院長將向我們介紹鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的痛點以及對應(yīng)的正負(fù)極關(guān)鍵材料，并對硬碳、硅碳等新型負(fù)極材料及市場進(jìn)行總結(jié)。通過匹配不同的正極材料，新型負(fù)極材料有望在鈉離子電池的各個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。
蘇恒，北京工業(yè)大學(xué)博士，美國能源部阿貢國家實驗室訪問學(xué)者，創(chuàng)普斯集團(tuán)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(jī)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15項，已授權(quán)3項。
參考來源：
1.殷秀平、趙玉峰等 鈉離子電池硬碳基負(fù)極材料的研究進(jìn)展
2.王瑞琦、彭尚龍等 鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
3.楊涵、楊全紅等 面向?qū)嵱没拟c離子電池碳負(fù)極:進(jìn)展及挑戰(zhàn)
4.唐有根 鈉離子電池硬碳負(fù)極材料的研究開發(fā)
5.彭尚龍課題組 高性能低成本鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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