钠离子电池可否取代锂电池吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-08 18:47
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但由于锰酸钠正极材料的层间距狭窄，充放电过程中，半径较大的钠离子在层间迁移时，会“挤坏”正极材料的结构，成为制约钠离子电池研发的关键难点。除层间距外，影响钠离子电池性能的另一重要因素为层状结构中的钠离子含量。不少科研人员尝试通过各种方法制备出了不同层状结构的锰酸钠，但性能指标难以满足实际应用需求。
夏晖教授团队首创结构设计和调控方法，与中科院物理所谷林研究员及美国加州大学圣地亚哥分校孟颖教授合作，在水钠锰矿层状结构的基础上，成功制备出兼具大层间距与高钠离子含量的层状纳米正极材料。
这种正极材料制成的电极比容量达到211.9毫安时每克，而目前市面上流通的锂电池正极材料比容量约为140毫安时每克。充放电过程中，这种正极材料结构稳定无相变，体积变化仅为2%，循环充放电1000次后，比容量保持率高达94.6%，而电池行业一般的比容量保持率标准约为80%。正极材料作为电动汽车动力锂电池的核心，目前商业化应用于电动汽车的主要包括磷酸铁锂、锰酸锂和包含镍钴锰酸锂((Li NixCoyMn1——x——yO2，NCM)和镍钴铝酸锂(Li Ni1——x ——yCoxAlyO2，NCA)两种的三元材料。其中国内新能源汽车主流用正极材料为磷酸铁锂，比如比亚迪。以特斯拉为代表的新能源汽车企业主流用正极材料为三元材料。日产聆风电动汽车采用的是锰酸锂正极材料动力电池。
电池市场的产能和产量的增加，带动了锂离子正极材料产业的发展，《中国节能与新能源汽车国家规划(2012——2020)》中提出，到2020 年动力电池能力密度提高到 300 瓦时/千克以上。目前传统的磷酸铁锂电池和锰酸锂电池将无法满足这一目标，企业必须研发生产比容量高的新型正极材料。
德国大众汽车的技术专家认为，未来动力锂电池提升能量密度的主要方案在于正负极材料的选择，随着能量密度的不断提升，正极材料从三元材料(NCM111 )逐步向高镍三元材料(NCM 811)过渡，zui后发展为富锂材料。多元材料体系中，随着镍含量提高，能量密度不断提升。目前技术相对成熟的是常规的NCM111，材料的比容量达到 158m Ah/g。但是该材料的成本相对较高，而且由于3M 的专利垄断进一步增加了专利使用成本，因此动力锂电企业为了降低成本和规避专利问题、同时为了寻求更高能量密度的材料，逐渐转向了高镍三元材料NCM523，甚至是NCM622和NCA。动力型高镍多元材料 NCM622 和 NCA 将成为电动汽车用锂电池的首 选正极材料。
为了满足2020 年动力电池能力密度提高到 300 瓦时/千克以上的目标，高镍三元材料之后，正极材料zui后将朝着富锂材料方向进行发展。富锂材料具有大的比容量( ≥250 m Ah /g) 和高的放电电压( 3. 8 V) ，理论能量密度高达900 Wh /kg，循环寿命长、成本低、污染小等优点是未来动力电池的理想正极材料。美、日等国提出要在 2020 年下一代锂离子电池的能量密度达到 300 Wh/kg，2030 年能量密度则达到500 Wh / kg。工信部在《中国制造2025》明确提出要建立和健全富锂层氧化物正极材料 /硅基合金体系锂离子电池下一代锂离子动力电池和新体系动力电池的产业链。
