钠离子电池
钠离子电池的分类
钠离子电池的分类钠离子电池是一种新型的可充电电池，其电极材料和电解质中含有钠离子。
钠离子电池具有高能量密度、长循环寿命和低成本等优势，因此受到了广泛的关注和研究。
根据不同的电极材料和结构，钠离子电池可以分为以下几类。
1. 钠离子电池的正极材料分类钠离子电池的正极材料通常是金属氧化物或磷酸盐等化合物。
根据正极材料的不同，钠离子电池可以分为以下几类。
1.1 钠离子电池的钴酸盐正极钴酸盐是一种常用的正极材料，具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
钠离子电池采用钴酸盐正极可以实现高能量密度的储能，适用于电动汽车、储能系统等领域。
1.2 钠离子电池的磷酸盐正极磷酸盐也是一种常见的正极材料，具有优异的化学稳定性和循环寿命。
钠离子电池采用磷酸盐正极可以实现长循环寿命和高安全性，适用于储能系统和家用电器等领域。
1.3 钠离子电池的锰酸盐正极锰酸盐是一种低成本、可大规模制备的正极材料。
钠离子电池采用锰酸盐正极可以实现低成本和高能量密度，适用于储能系统和电动工具等领域。
2. 钠离子电池的负极材料分类钠离子电池的负极材料通常是石墨或钠金属。
根据负极材料的不同，钠离子电池可以分为以下几类。
2.1 钠离子电池的石墨负极石墨是一种常用的负极材料，具有良好的导电性和嵌入/脱嵌钠离子的能力。
钠离子电池采用石墨负极可以实现较高的循环稳定性和可靠性，适用于储能系统和电动汽车等领域。
2.2 钠离子电池的钠金属负极钠金属是一种具有高能量密度的负极材料，但由于其在充放电过程中易发生钠枝晶化和氧化等问题，导致循环寿命较短。
钠离子电池采用钠金属负极需要解决钠枝晶化和氧化问题，以提高循环寿命和安全性。
3. 钠离子电池的电解质分类钠离子电池的电解质通常是有机液体电解质或固态电解质。
根据电解质的不同，钠离子电池可以分为以下几类。
3.1 钠离子电池的有机液体电解质有机液体电解质具有较高的离子导电性和良好的电化学稳定性。
钠离子电池采用有机液体电解质可以实现较高的电化学性能和循环寿命，适用于储能系统和移动设备等领域。
钠离子电池样本
钠离子电池样本
钠离子电池是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。
以下是一个钠离子电池的样本：
1. 正极材料：钠锰氧化物（如NaMnO2）
2. 负极材料：金属钠（Na）
3. 电解液：碳酸钠（Na2CO3）或钠盐溶液
4. 隔膜：聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）
钠离子电池在充放电过程中，钠离子在正极和负极之间发生迁移。
充电时，钠离子从正极向负极迁移，电子则通过外部电路迁移，形成电流；放电时，钠离子从负极向正极迁移，电子再次通过外部电路迁移，形成电流。
与锂离子电池相比，钠离子电池具有以下优势：
1. 资源丰富：钠资源储量远高于锂，且分布广泛，有利于降低电池成本。
2. 环境友好：钠离子电池在生产过程中产生的环境污染相对较低。
3. 安全性较高：钠离子电池在充放电过程中的热稳定性较好，安全性较高。
然而，钠离子电池也存在一些劣势，如能量密度较低，相同重量下的续航里程较短，循环寿命较短等。
因此，钠离子电池更适合应用于储能、电动两轮车等对成本敏感且对续航要求不高的场景。
目前，我国在钠离子电池研发、制造、标准制定和市场应用推广等方面走在世界前列。
众多企业如中科海钠、宁德时代等致力于钠离子电池电芯或材料的研发与商业化。
根据相关预测，到2025年，我国钠离子电池出货量有望达到30Gwh，全球出货量达到36Gwh。
钠离子电池化成工艺
钠离子电池化成工艺
钠离子电池是一种新型的电池技术，类似于锂离子电池，但以钠离子为媒介来存储和释放电能。
以下是钠离子电池的一般工艺流程：
正极材料制备：正极材料通常采用钠离子嵌入/脱嵌化合物，如钠镁氧化物（NaxMgO2）、钠铁磷酸盐（NaFePO4）等。
这些材料能够在充放电过程中嵌入和释放钠离子。
负极材料制备：负极材料通常是碳材料，如石墨或类似石墨的材料。
这些材料能够在充放电过程中嵌入和释放钠离子。
电解液制备：电解液是用于传输钠离子的介质。
通常采用含有钠盐的溶液，如钠盐酸盐溶液。
电池组装：正负极材料和电解液会被组装成电池，正负极之间通过隔膜隔开，以防止短路。
充放电：在充电过程中，钠离子从正极向负极移动，并在负极材料中嵌入。
在放电过程中，钠离子从负极移动到正极，并在正极材料中嵌入。
电池性能优化：进行循环充放电测试以评估电池性能和寿命，根据测试结果优化材料和工艺。
应用：完成电池测试和优化后，钠离子电池可以应用于各种领域，如能源存储、电动车辆等。
总的来说，钠离子电池的工艺类似于其他离子型电池，但需要针对钠离子的特性进行材料选择和电池设计，以实现高性能和稳定的电池性能。
这个领域还在不断研究和发展中，以改进电池性能和降低成本。
钠离子电池文献
钠离子电池文献
摘要：
1.钠离子电池概述
2.钠离子电池的优点
3.钠离子电池的缺点
4.钠离子电池的研究现状
5.我国在钠离子电池领域的发展
正文：
钠离子电池是一种新型的可充电电池技术，与锂离子电池类似，但在正负极材料、电解质等方面有所不同。
钠离子电池采用钠作为正极材料，具有资源丰富、成本低廉、环境友好等优点，被认为是下一代能源存储技术的重要发展方向。
钠离子电池具有以下优点：
1.资源丰富：钠元素在地壳中含量较高，分布广泛，尤其是在海水中含量丰富。
使用钠作为储能材料可以降低电池的原材料成本。
2.环境友好：相较于锂离子电池，钠离子电池在生产过程中产生的环境污染较小，使用过程中也不容易产生有害物质，具有较好的环境友好性。
3.安全性较高：钠离子电池在充放电过程中的热稳定性较好，安全性较高，有利于提高电池的使用寿命和安全性能。
然而，钠离子电池也存在一些缺点：
1.能量密度较低：钠离子电池的能量密度相较于锂离子电池较低，这意味
着相同体积或重量的钠离子电池所能储存的能量较少。
2.体积较大：由于钠离子电池的能量密度较低，其正负极材料和电解质等方面的体积较大，导致整个电池的体积和重量较大，不便于携带。
目前，钠离子电池技术仍在研究和发展阶段。
各国科研团队在努力提高钠离子电池的能量密度、循环寿命和安全性能等方面取得了一定的进展。
我国在钠离子电池领域也取得了显著成果，已有多家企业投入研发和生产，力争在全球钠离子电池市场中占据一席之地。
总之，钠离子电池作为一种具有潜力的能源存储技术，有望在未来与锂离子电池共同发展，满足不同场景下的能源需求。
钠离子电池 集流体
钠离子电池集流体
钠离子电池集流体是一种新型的能量存储装置，具有广泛的应用前景。
这种电池的特点是以钠离子为活性物质，将钠离子嵌入电极材料中进行储存和释放能量。
相比于传统锂离子电池，钠离子电池具有更高的能量密度、更低的成本和更好的安全性能。
集流体是钠离子电池中的重要组成部分，它起到了连接电极的作用。
集流体通常由导电材料制成，如金属网、碳纳米管等。
它能够有效地将电流从电极传导到外部电路中，同时也能够将来自外部电路的电流传导回电极，实现正负电极之间的电荷平衡。
在钠离子电池中，集流体的设计和性能对电池的功率密度和循环寿命有着重要影响。
首先，集流体需要具有低电阻和高导电性，以确保电流的顺畅传输。
其次，集流体还要具备良好的化学稳定性和耐腐蚀性，以应对电池正负极材料与电解液之间的反应。
此外，集流体还要具备一定的机械强度和柔韧性，以适应电池在充放电过程中的体积变化和振动。
为了实现高性能的钠离子电池，研究人员正在不断改进集流体的设计和制备技术。
他们通过控制集流体的孔隙结构和表面形貌，提高集流体的电导率和电化学活性。
同时，他们还尝试采用新型的导电材料，如碳纳米管、导电聚合物等，来提高集流体的导电性和化学稳定性。
钠离子电池集流体的优化设计将进一步推动钠离子电池的发展和应用。
它将为新能源领域提供更加可靠、高效的能量存储解决方案，促进可再生能源的大规模利用。
同时，钠离子电池集流体的研究也将为其他类型的离子电池的设计和制备提供有益的经验和指导。
相信在不久的将来，钠离子电池集流体将成为能源存储领域的重要组成部分，为人类创造更加美好的未来。
国家关于钠离子电池的政策
钠离子电池是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。
我国高度重视钠离子电池产业发展。
工业和信息化部、国家发展改革委等部门密切协作，研究出台了《“十四五”推动石化化工行业高质量发展指导意见》《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》等一系列政策文件，统筹部署关键技术创新研发及产业化应用，加快推进钠离子电池等新型储能技术规模化应用。
中国政府网联合科睿国际科技咨询公司共同推出的《2023-2028年中国新能源产业投资机会与趋势预测分析报告》中指出：钠离子电池具有资源丰富、性价比高、安全性好、循环寿命长、无环境污染等优势，是极具潜力的新型电池技术。
随着全球对环保要求的提升以及技术的进步，钠离子电池的推广将进一步加速。
未来，钠离子电池或将成为锂电池的重要补充。
钠离子电池常见溶剂的lumo和homo值
钠离子电池常见溶剂的lumo和homo值钠离子电池这玩意儿，最近真是火得不得了。
大家伙都在争先恐后地研究它，尤其是里面那些溶剂的事儿。
说到溶剂，大家可能觉得它们就是一堆化学名词，听着就让人头疼。
其实不然，溶剂就像是电池里的小助手，虽然默默无闻，但没有它们，电池可就运转不起来了。
那钠离子电池里的溶剂，究竟有什么特别之处呢？LUMO和HOMO这两个词听上去就像是外星人的名字。
其实它们就是一些化学参数，分别代表了分子的最低未占据分子轨道和最高占据分子轨道。
简单来说，LUMO和HOMO就像是溶剂的“能量等级”，影响着它们在电池里如何表现。
你要是把它们比作游戏角色，HOMO就是你那位战士，永远在前线，而LUMO就是那个后勤支持，随时待命。
很多常见的溶剂，比如碳酸酯类，听起来很复杂，但其实它们就像是一杯清茶，清新又有益。
它们的HOMO值通常比较高，给了它们强大的“战斗力”，能在电池里提供稳定的性能。
想象一下，电池就像一个城市，HOMO高的溶剂就像是守卫，时刻保护着这座城市的安全，不让任何坏东西进来。
而LUMO值较低的溶剂，虽然没那么“出风头”，但它们的存在也是至关重要的，像是默默奉献的英雄，时刻为电池的稳定性保驾护航。
说到不同的溶剂，其实它们之间就像朋友一样，有些活泼开朗，有些则温文尔雅。
比如，乙烯碳酸酯（EC）就是个活泼的小家伙，它的HOMO值高，电池性能也不错。
而像碳酸二甲酯（DMC）这种则偏向于沉稳，虽然HOMO值不算高，但它的LUMO值相对不错，能保持电池的长效稳定。
你看，溶剂的选择可不是随便的，它们各有千秋，选对了，才能让钠离子电池焕发光彩。
说到底，钠离子电池的魅力不止在于材料的选择，更在于这些小溶剂们的配合。
就像是一场精心编排的舞蹈，每个溶剂都有自己的节奏，有的配合得天衣无缝，有的则稍显生涩，但只要整体和谐，就能展现出美妙的效果。
你可以想象一下，如果电池里的溶剂都能跳个舞，那画面一定热闹非凡。
不同的溶剂在电池里相互作用，交融出绚丽的火花，性能就像是乘着风的船，越发稳健。
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Sb (rhom.) + 3 Na+ + 3e- ↔ Na3Sb (hexa)
近来已报道了类似的后续研究，如Sn, SnSb, 微米Sb,等材料。
20
Qian J F, Chem. Commun., 2012, 48, 7070
储钠转换负极反应
磷及磷化物具有高容量储锂性质。我们将其用于储钠反应，发现电化 学性能与磷的晶形有关，无定形黑磷具有良好的容量与循环性。
以负极（PVC热解炭）质量计算 可逆充放电容量达173 mAhg-1 循环100周后为150 mAhg-1
29
Adv. Ener. Mater., DOI: 10.1002/ aenm.201100655
聚合物正极
电活性聚合物的正极反应一般为阴离子的掺杂-脱杂，与阳离子无关， 因此，原则上可用各种各样的高电势聚合物作为正极材料，以此摆脱无 机晶格的限制。
D. Kim et al. / Electrochemistry Commun. 18 (2012) 66–69
15
较稳定的正极体系：NaxFePO3F
加渥太华大学L.F.Nazar,法皮卡迪大学J.M.Tarascon等利用溶胶凝胶法合成了 橄榄石型纳米磷酸铁钠，发现这类材料在钠嵌入脱出过程中体积变化很小 （3.7%），因此获得循环稳定的正极材料。
5
锂资源能满足电动汽车吗？
据日本2010年报告，若50%汽车替换为电动车，需要金属锂 7.9 M吨（折合为40 M吨碳酸锂，接近全球资源储量58M吨）。
Adv. Energy Mater. 2012, DOI: 10.1002/aenm.201200026
6
替代电池体系？
资源丰富，价格低廉，环境友好。
问题：容量并不高，且合成困难，价格昂贵
L. F. NAZAR, et.al. nature materials, 2007, 6, 749-752 16
新进展——大孔Na0.44MnO2纳米线
设计了三维大孔隧道结构的正交晶系的嵌钠锰氧化物，保证了钠离子的可 逆嵌脱，纳米线结构提高了倍率性能。
Y. L. Cao, et. al, Advanced Materials, 2011, 23, 3155
11
钠离子正极材料
嵌锂良好的结构用于嵌钠反应时也不尽人意。NaCoO2，NaFePO4,三元 层状等结构用作钠离子正极时,几乎没有像样的容量和可逆性.
从资源与成本考虑，金属氧化物储钠正极集中在NaxMnO2体系。
层状NaxMnO2随x值不同存在两种主要的晶体结构：
NaxMnO2
x 0.5, P3相- 3维隧道结构，Na 0.44MnO2 x0.5, P2相- 层状结构， Na 0.6MnO2
电化学方面与锂相近的元素有Na、Ca、Mg、Al; 能否构建二 次钠电池，钙电池，镁电池, 铝电池？ 元素 Li Na Ca Mg 储量（丰度wt %） 0.0065 2.74 3.45 2.00 电极电势/V -3.02 -2.71 -2.87 -2.34 比容量 /mAh∙g-1
3880
1165 1340 2230
2. 克服钠在氧化物晶格中太稳定的问题，采用具有大隧道的非氧 化物固体结构：
聚合物，无机配合物，· · · · ·
-e- +e+
Li
Li+
Na+
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储钠合金负极
原则上，Na可与Sn, Sb, Pb等金属形成合金，但电化学合金化却难于实现。 我们采用制备了纳米化Sb/C复合材料，发现这种材料可实现完全的3Na-合金 化反应：
1764
最近的计算表明，对于某些阴离子（氯、溴等）而言，钠的转 换反应更为有利。？？
23
钠离子嵌入正极的研究思路
传统嵌入材料用于储钠反应时令人失望，如何开辟新的正极体系？事实 上，自然界钠的化合物远比锂盐种类丰富，可选择的结构形态众多。 1. 2. 具有大孔隧道结构的无机配合物，如普鲁士蓝类； 有机钠盐化合物，如聚苯胺磺酸钠，等
17
单晶Na0.44MnO2纳米线
4.5 4
(b)
o 600 C o 750 C o 900 C
200
charge
Capacity / mAh g-1
0.1C
Discharge
Voltage / V
3.5 3 2.5 2 1.5 0 30 60 90
150
100
50
0
120
-1
150
0
500
1000
1e 氧化还原，理论容量 89 mAh/g
25
Na4Fe(CN)6/C 的充放电性能
1C循环500周 ,容量保持率88%
Qian J F, et. al, Adv. Energ. Mater., (aenm.201100655)
26
普鲁士蓝类 化合物
NaxMy[Fe(CN)6] （M: Co, Ni, Fe, Mn）, 其中Fe+2−C≡N−M 排列的铁氰骨架,
Na 替代 Li 的优点： 1. 2. 资源用之不竭；环境更加友好； 价格显著降低（钠盐价格通常为锂盐1/10).
7
二. 钠离子电池的技术难点之一
钠离子的离子半径（r = 0.113 nm）较锂离子（r = 0.076nm) 至少大 35%以上，由此而引起： 1.在刚性晶格中想对稳定，难于可逆嵌脱； 2. 即使能够实现可疑嵌脱，动力学速度很慢。
武汉大学化学学院
杨汉西
2013.5.
1
主要内容：
1. 研究背景
2. 关键材料与技术
3. 几类典型体系 4. 现状与展望
2
一. 研究背景
在构建新能源社会中，规模储电是众多应用中的关键技术。 对规模储电而言，首要因素是成本与环境效益，能量密度次之。
风电、光电储存
削峰填谷
备用电源
清洁交通能源
3
现有电化学储能体系的问题
Capacity / mAh g-1
石墨在含钠离子电解液中的充放电曲线
热解硬碳.
J. R. Dahn, J. Electrochem. Soc., 2000, 147, 1271. S. Wenzel, Adv. Ener. Envir. Sci., 2011, 4, 3342. S. Komaba, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 3859–3867
首周容量 120 mAh/g 40周后衰减 为82mAh/g
首周放电容量 115 mAh/g
50周后衰减为 88mAh/g
这类化合物的容量衰减机制尚不清楚，解决这一问题将有助于发展廉价 高效的钠离子正极。
钱江峰等，电化学，2012，18，108
28
C/Na4Fe(CN)6 – 钠离子电池
V= 2.9 V 理论比容量 62mAh/g 理论比能量180Wh/kg
差别在于，P3-隧道结构稳定，但可供钠离子的嵌入位点较少 （x<0.5），比容量低；P2-层状具有较多的嵌钠位点，但在充 放电过程中产生较大的结构变化，循环性能不稳定。
12
P3-Na0.44MO2 型
P2-Na0.44MnO2 层状P2-Na0.6MnO2: 能提供较多的嵌钠位点，具有潜在高比容量的优势; 但在充
9
储钠炭负极材料
1. 2. 规整石墨结构、高温石墨化的碳中间相微球（MCMB）几乎没有嵌钠 容量。 部分热解硬碳可得到近280mAh/g的可逆嵌钠容量以及循环性，但初 始不可逆容量较高，动力学性能差。
2
Voltage / V vs. Na/Na +
1.5
1st 2nd
1
0.5
0 0 20 40 60 80
Na+占据立方体中心,形成连通的隧道。
改变M可得到不同种类的普鲁士蓝化合物，为电化学应用提供丰富的选择。 普鲁士蓝是电化学中已知的可逆氧化还原电对。两对可逆峰分别代表Fe 、 M 的氧化还原，伴随Na的嵌入脱出。
Na+ M Fe
27
Na2CoFe(CN)6
Co +2/+3
NaFeFe(CN)6
Fe +2/+3 1.5-4.2V
在各种电化学储电方式中，二次电池使用与维护最为方便。 目前成熟的二次电池体系，几乎都不适合大规模储能应用。
Pd-acid: 污染 Ni-MH: 价格 Li-ion: 资源
4
锂的资源问题
全球锂资源基础储量（碳酸锂计）约为58M吨，可开采储量约为25M吨。 目前全球碳酸锂年消耗量约为7至8万吨，预计可开采时间不过50多年。 每KWh 锂离子电池用锂量折合为碳酸锂约为1.4 kg。2011年全球累计风电 装机容量240 GW(KMW)，8h储电需要2000 K·MWh（1.5 M吨）。
2%FEC
空白
Inorg. Chem, 2012, doi.10.1021/ic300357d
Na/NaNi0.5Mn0.5O2 扣式电池放电曲线 1/10 C (24 mA g−1 ) 解决办法：掺杂， 以Al等元素替代稳定晶格。
14
层状 Na[Ni1/3Fe 1/3Mn1/3]O2
Argonne National Laboratory 采用低成本元素替代，合成了层状 Na[Ni1/3Fe 1/3Mn1/3]O2 （R-3m，-NaFeO2）。这一化合物表现出简单的放 电平台，较好的循环性。表明合适的替代可以改善电压与循环性质。
P + 3Na + 3e ↔ Na3P
21
α-P/C 的储钠反应性质
Qian J F, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 4633 –4636
22
储钠合金负极存在的问题