详细分析我国水系钠离子电池发展现状及前景分析
2022水系钠离子电池发展现状及前景分析
作为新能源的一颗新星，钠离子电池正在产业化的道路上加速向前，或成为我国引领新一轮能源革命的机会。相比于上述的传统二次电池，有机系离子电池以离子在正负极的嵌入脱出和在两极间扩散作为充放电基本原理，具有能量密度高，倍率高和循环寿命长的特点。在性能上可以满足储能系统的技术要求。然而，由于其大量使用易燃的有机电解质，在生产和使用过程中会造成爆燃事故，有安全性问题缺陷。
材料是决定电池性能的关键一环，当前，制约水系钠离子发展的瓶颈正是由于缺乏高性能的新型电极材料。由于正极材料占电池成本的40%左右且也是决定电池的电压和容量的重要因素，所以开发结构稳定的正极材料是我们的重要方向。
水系钠离子电池具有与锂离子电池相似的结构组成及工作原理，主要由正负极材料、电解液和集流体构成的。正负极都是采用嵌钠化合物，基本反应原理如图所示，充电时，在电池内部，钠离子从正极富钠晶格中脱出来后通过电解液扩散嵌入负极晶格中，放电过程与之相反，钠离子又回到正极，电子在电池外部从外电路以相同的方向流过以确保整个系统的电荷平衡。
实际上，钠离子电池的研究与锂离子电池几乎同时起步，早在20世纪80年代，人们就开展了有机系钠离子电池正负极材料的研究。但是与有机系锂离子电池相比，钠离子电池的发展缓慢。这主要是由于成功应用于有机系锂离子电池中的正负极材料体系不能简单地移植到钠离子电池中。虽然二者都是以正、负极间离子嵌入/脱出反应的“摇椅式”机理作为充放电反应机理，可是因为钠的离子半径(0.102nm)比锂离子和质子大许多，使得其嵌入反应困难。
而且，负极材料在接受大体积的钠离子的嵌入反应过程中，其晶格容易发生形变甚至坍塌，影响到电池的循环性能。直到近年，在容量利用率和循环寿命方面基本满足要求的有机系钠离子电池用负极材料才被开发出来。
钠是地球上储量最丰富的资源之一，可以说是用之不竭。价格也显着降低，通常为锂盐的1/10。因此，水系电解质的钠离子电池被认为是最有潜力的适合大规模储能系统的电池之一，成为最近业界研究工作的焦点。
水系离子电池由于采用中性的盐水溶液作为电解质，既避免了有机电解质的易燃问题，又克服了传统水系电池的高污染，寿命短(如铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)的缺点，是能够满足大型储能技术要求的理想体系之一。因此，近年来，水系离子(锂、钠等)电池的研发越来越受到关注。
水系钠离子电池研发最新进展
据悉，宁德时代已布局无负极金属电池技术，并申请专利。该专利包括相关技术的材料设计与关键工艺，有望在钠离子电池上率先落地。这意味着，电池能量密度有望从材料本质上得到大幅提升，实现此前宁德时代宣布的下一代钠离子电池能量密度超过200Wh/kg的目标。宁德时代的入局、国家部门的激励政策使得钠离子电池成为过去一年电池行业的大热点，引起市场和资本广泛的关注
