中國粉體網訊 隨著世界能源轉型的到來，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、化學組成和相結構可調控性強以及環(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構和隧道結構，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)生不可逆的相結構變化，導致材料穩(wěn)定性和循環(huán)性能不佳；再者，正極/電解液界面反應的存在會直接作用于正極材料，該過程導致的結構改變、產生的新物質會對電池充放電過程產生不利影響；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，材料的微觀結構是影響其結構性能與電化學性能的關鍵因素之一。針對性的構建比表面積較大、活性位點較多、結構穩(wěn)定性好的正極材料是調控其微觀結構的目的。常見的結構為納米級超結構，常結合不同的納米級超結構如蜂窩狀、棒狀等進行設計。
2023年8月，中國粉體網將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術與產業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術研討會”。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，鈉離子電池正極材料的性能和其局域結構具有密切的關系。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構設計和調控，實現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。已在二次電池關鍵材料的結構、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研究直至產業(yè)化的高新技術企業(yè)。公司新能源材料業(yè)務聚焦于耐低溫、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品研發(fā)和應用板塊業(yè)務，同時在鈉離子正極材料領域擁有自主知識產權。
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》
（中國粉體網編輯整理/長安）
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