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1.专题:钠离子电池,从零到一的突破
1.1.1.新兴电池技术路线
钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似,生产设备与锂电池大多可兼容。钠电池在充放电过程中,通过在正极和负极之间可逆嵌入/脱出 Na+来实现能量转换,其电化学性能在很大程度上取决于电极材料的固有化学性质。
尽管钠离子与锂离子电池嵌入脱出的机理相似,但是由于 Na+、Li+的化学特性不同,钠离子电池的正负极材料与锂电池相比发生了较大变化。
1)正极:主要分为层状氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类等,目前层状氧化物的进展相对较快,其克容量可达 160mAh/g。
2)负极:目前最具有应用前景的负极材料为硬碳(可逆脱/嵌钠容量高、储钠电位低、循环性能良好、在电解液中有良好的热稳定性)。
3)隔膜:基本可以沿用目前锂电池的主流隔膜。
4)电解液:溶剂使用含有 EC 或 PC,溶质盐转为使用六氟磷酸钠。
5)集流体:铝和钠在低电位不会发生电化学合金化反应,钠电池正、负极集流体均可使用廉价的铝箔,可有效避免放电过程引起的集流体氧化问题,在降低电池成本的同时提升电池的安全性。
1.1.2.性能表现优异,性价比突出
钠离子电池相较于锂离子电池其电解液溶剂中更多的使用碳酸丙烯酯,而碳酸丙烯酯熔点较低(-48.8℃),常温下为液态,故钠离子电池低温性能优异。根据中科院物理所目前初步的高低温测试结果,钠离子电池在-40℃低温下可以放出 70%以上容量,在高温80℃可以循环重放使用。宁德时代的第一代钠离子电池在-20℃的低温环境下,仍然有90%以上的放电保持率。优异的热稳定性,安全性高于传统锂电池。钠离子电池的内阻较锂离子电池稍高,在短路时瞬间发热量少、温升较低,热稳定性较好。目前,在所有的安全项目测试中,钠离子电池均未发生起火现象。
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