中國粉體網訊 7月29日，寧德時代董事長曾毓群博士在鈉離子電池發布會上，不僅向全世界展示了寧德時代這款全球最高水平160Wh/kg能量密度的第一代鈉離子電池，更是創造性的將鈉離子電池和鋰離子電池混搭使用，最超預期的是鈉離子電池最快會在2023年商業化。鈉離子電池這個有別于目前主流鋰電池的新型電池迅速進入了市場的視野中，不僅激起了投資者的熱議，更是引發了業內的廣泛關注。
鈉離子的半徑較大、比重高，導致其在電極材料脫嵌時受到的阻力比鋰離子大，電池的能量密度和功率密度較低。現階段較為成熟的鈉離子電池電極材料較少且電化學性能較差，還沒有適合大規模商業化的材料。對于大規模儲能而言，在一定安全性的基礎上，成本和循環壽命是需要考慮的首要因素，而開發價格低廉、性能優異的儲鈉電極材料是實現鈉離子電池商業化應用的關鍵。
目前，鈉離子電池正極材料已得到廣泛而深入的研究，負極材料研究則相對不成熟，成為制約鈉離子電池發展的重要因素。鈉離子電池負極材料主要有四類：
（1）碳基負極材料
由于傳統的石墨無法作為鈉離子電池的負極，目前人們研究重點在無定形碳上，主要包括兩類：硬碳和軟碳。碳基負極材料尤其是硬碳材料，具有合適的電位、較高的比容量和首次Coumlombic效率，使其成為最有商業化前景的負極材料。然而，硬碳材料的成本較高，不利于發揮鈉離子電池低成本的優勢。
（2）鈦基氧化物負極材料
鈦在氧化物中一般都以四價存在，是一種在空氣中可以穩定存在的價態。所以，鈦基氧化物能夠長時間在空氣中穩定存儲。二氧化鈦（TiO2）具有晶型豐富、化學性質穩定、環境友好、價格低廉等優點，逐漸成為鈉離子電池負極材料的研究熱點。在深度放電條件下，TiO2的理論容量為335mAh·g-1。然而TiO2為半導體，導電性較低，導致其電化學活性不高，將TiO2與高導電性碳材料進行復合已經成為提高其儲鈉性能的重要手段。
（3）合金類負極材料
合金類負極材料因其高的比容量而備受關注，這類研究主要集中在第Ⅳ主族和第Ⅴ主族元素中，比如Sb金屬，它與3個Na發生反應提供660mAh/g的比容量；Sn金屬可以與3.75個Na發生反應提供847mAh/g的比容量，因此Sn表現出更高的容量優勢。金屬Sn負極首周庫倫效率較低，循環性能不佳，這是限制其應用的主要因素。
（4）金屬有機骨架化合物負極材料
基于電化學活性的有機化合物材料不但可以作為鈉離子電池正極材料，也可以作為鈉離子電池負極材料。羰基化合物是1969年首次報道以來研究最為廣泛的有機電極材料之一。羰基由于具有高反應活性、快的離子傳輸動力學、高的比容量和結構多樣性，是目前在有機電活性材料中普遍存在的官能團。
為致力于提高鈉離子電池的能量密度，有利于進一步設計開發性能優異的鈉離子電池關鍵電極材料，并構建高穩定、長壽命的鈉離子電池，為鈉離子電池在儲能領域的規模應用提供研究基礎和技術支撐，中國粉體網旗下粉體公開課平臺將于2021年8月25日舉辦“2021首屆鈉離子電池技術網絡研討會”，屆時來自中南大學的王海燕教授將作《提升鈉離子電池能量密度：從材料到全電池體系》報告，本報告首先介紹課題組在低成本高容量TiO2和MoS2等非碳負極上的研究進展，然后將重點介紹在硬碳結構調控方面的工作。
另外，因為高容量負極如TiO2，MoS2或硬碳的首次庫倫效率都較低，需要消耗大量正極材料，導致全電池能量密度下降，針對這個問題，課題組首先提出了系列結構與界面調控策略，提升負極材料的首庫。并且提出一種正極補鈉技術，在基本不影響電池其它電化學性能的前提下實現了全電池能量密度的明顯提高（超過20%），有望為推動高容量鈉離子負極材料的實際應用提供一種新思路。
報告人介紹
王海燕，中南大學教授，博士生導師，香江學者，湖南省杰出青年基金獲得者，湖湘青年英才。曾獲國家公派留學University of St.Andrews，曾獲香江學者資助在香港科技大學從事研究工作。主要從事儲能材料結構與界面調控方面的研究，致力于開發高比能長壽命高安全的儲能電池器件。目前以第一或通訊作者在Nat Commun，Ange wandte，Energy Environ Sci，Adv Mater等國內外知名期刊發表論文120余篇，他引4500余次，H指數45。獲授權國家發明專利12項，其中2項已實現成果轉化。獲湖南省首屆“我最喜愛的青年教師”，湖南省自然科學二等獎和重慶市科技進步一等獎等。
資料來源：
黃洋洋等. 高性能低成本鈉離子電池電極材料研究進展
廉思甜等. 二氧化鈦基鈉離子電池負極材料研究進展
徐凱琪等. 鈉離子電池硬碳負極材料首周效率的研究進展
華爾街見聞：寧德鈉離子電池對行業意味著什么？沖擊or機遇？
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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