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钠离子电池全球研发格局

供稿人:温一村  供稿时间:2018-5-31   关键字:钠离子电池  研发  

钠离子电池稳定性强,安全性高,使用寿命长,应用范围广泛,原材料易获得,废品回收工艺简单且无污染。但整体来看,该技术目前离工业应用还比较遥远,尚处于技术研发阶段。目前,该领域的研究主要出自中国、美国、韩国和日本等国家,中国在该领域的主要研究机构有中国科学院、中南大学、南开大学等。从研究趋势来看,钠离子电池多为实验室的一个研究方向,对实验室在电化学领域的研究积累有一定的要求。

1)中国科学院物理研究所

中国科学院物理研究所胡勇胜研究团队关于钠离子电池的相关研究包括正极和负极材料,在正极材料方面,基于铜的电堆设计了新材料,将铜含量控制在1/3,用部分铁取代铜,提高钠含量,得到在空气中稳定的PR材料,实现了低廉、无毒的正极材料,工作电压3.5伏,能量转换效率约为90%,目前正在研究软膜电池以及发现新的氧化物、构建新型氧化物以用在钠离子电池正极材料;在负极材料方面,通过裂解无烟煤得到一种软碳材料,将其作为负极材料;整体而言,若以铜铁锰基氧化物为正极,无烟煤基软碳为负极,电池能量密度达到100Wh/kg。已是铅酸电池的两倍多。同时,实验室Ah级电池的充放电循环数已达500次以上,优于铅酸电池,能量转换效率高达90%,低温性能良好(-20℃放电容量是室温放电容量的86%),并通过了一系列针刺、挤压、短路、过充、过放等适于锂离子电池的安全试验。其材料成本比锂离子电池低40%左右。

2)中南大学

中南大学轻金属及工业电化学研究所以刘业翔院士和李劼为学术带头人,在储能材料、器件与电源系统(涉及锂离子电池、超级电容器、超级电容电池、锂硫电池和锂空气电池等)领域有很深的积累,近年来在钠离子电池领域也有较深的研究。

3)韩国科学技术研究院

韩国科学技术研究院能源融合研究组Kyung Yoon Chung最近制备了一种基于SnF2和乙炔黑的纳米复合材料,并将其作为高性能钠离子电池阳极材料,可逆容量(563 mAh·g-1)大大提高。纳米复合材料电极显示出优越的倍率性能,在1 C的高电流密度下可逆容量可达到191 mAh·g-1,而纯电极容量较低。

4)韩国蔚山国家科学技术研究所

韩国蔚山国家科学技术研究所Yoon Seok Jung通过向Na4SnS4中掺杂Sb,得到了硫化物型钠离子固态电解质,有利于用液相方法大规模合成高性能钠离子固态电解质。该固态电解质在TiS2/Na3.75Sn0.75Sb0.25S4/Na-Sn全固态钠离子电池中以0.06 C倍率进行充放电时能达到201 mA h g-1的可逆容量,其容量保持率远高于采用有机电解液的钠离子电池,但低于全固态锂离子电池的最高水平。今后需要通过离子掺杂或改进制备工艺,提升固态电解质的离子电导率,并通过改进电极-固态电解质界面结构,降低界面电阻,实现高性能钠离子固态电解质的合理设计和可控合成,推进全固态钠离子电池的发展。


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