鈉離子電池正極材料簡介

1、鈉離子電池電極材料研究進展 匯匯 報報 人人 ：xxx上海上海xxxx xxxx學院學院 2014.6.20目錄1 引言2鈉離子電池3 鈉離子電池電極材料4 總結(jié) 引言引言1引言引言電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景 能源是支撐整個人類文明進步的物質(zhì)基礎，也是現(xiàn)代社會發(fā)展須臾不可或缺的基本條件。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類社會對能源的依存度不斷提高。據(jù)統(tǒng)計，目前世界每年能源消費總量的70%來源于不可再生的化石燃料(煤、石油、天氣）。中國與世界能源消耗結(jié)構(gòu)1引言引言電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景 因此改變現(xiàn)有不合理的能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生清潔能源，并逐步替代化石

2、能源，已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問題。風能、太陽能、潮汐能、地熱能等均屬于可再生清潔能源，將成為未來的主要能源來源。然而，可再生能源一般具有總量大、能量密度低、隨機性、間歇性等特點，導致其難以使用。在這種形勢下，發(fā)展高效便捷的儲能技術(shù)以滿足人類的能源需求成為世界范圍內(nèi)研究熱點。物理類儲能物理類儲能1引言引言電化學儲能電化學儲能電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景目前目前主流的主流的儲能技術(shù)儲能技術(shù)效率高效率高1引言引言投資少投資少電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學儲能技術(shù)的發(fā)展背景使用安全使用安全應用靈活應用靈活電化學電化學儲能儲能1引言引言幾類電化學儲電技術(shù)比較幾類電化學儲電

3、技術(shù)比較1799年年2013/12/13 Volta發(fā)明發(fā)明“伏打電池伏打電池”目前常用的目前常用的電化學儲能電化學儲能體系體系200 years液流電池液流電池超級電容器超級電容器二次電池二次電池 鉛酸電池鉛酸電池鎳鎳-鎘電池鎘電池鋰離子電池鋰離子電池鈉離子電池鈉離子電池鈉離子電鈉離子電池池2.鈉離子電鈉離子電池池 鈉離子電池鈉離子電池實際上是一種濃差電池，正負極由兩種不同的鈉離子嵌入化合物組成。充電時，Na+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鈉態(tài)，正極處于貧鈉態(tài)，同時電子的補償電荷經(jīng)外電路供給到負極，保證正負極電荷平衡。放電時則相反，Na+從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于處于

4、富鈉態(tài)。鈉離子電池簡介鈉離子電池簡介 鈉離子電池工作原理示意圖中科院物理所的鈉離子電池中科院物理所的鈉離子電池理論能量密度為180Wh/kg（基于正負極活材料的質(zhì)量計算）2.鈉離子電鈉離子電池池鈉離子電鈉離子電池池電極材料電極材料3.鈉離子電鈉離子電池電極材料池電極材料鈉離子電池體系的關鍵技術(shù)鈉離子電池體系的關鍵技術(shù) 鈉離子電池主要由正極、負極和電解液組成。其中，正、負極材料是電池的核心部件，其性能直接決定了電池的電化學性能，因而，開發(fā)性能優(yōu)異、價格低廉的鈉離子電池正負極材料將成為今后的研究重點。 幾種重要的鈉離子電池正、負極材料的容量和電壓值3.鈉離子電鈉離子電池電極材料池電極材料鈉離子電鈉

5、離子電池正極材料的池正極材料的關鍵技術(shù)關鍵技術(shù)作為鈉離子電池關鍵部件之一的正極材料應該滿足下列要求：作為鈉離子電池關鍵部件之一的正極材料應該滿足下列要求：較高的氧化還原電位，且電位受材料嵌鈉量的影響較??；具有較高的比容量；有足夠的離子擴散通道，確保鈉離子快速嵌入和脫出；有較高的電化學反應活性；良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性；應具有制備工藝簡單、資源豐富以及環(huán)境友好等特點。3.鈉離子電鈉離子電池電極材料池電極材料鈉離子電鈉離子電池正極材料分類池正極材料分類過過渡金渡金屬氧屬氧化化物型物型聚陰離子型聚陰離子型磷酸鹽材料氟磷酸鹽材料NASICON結(jié)構(gòu)材料3.鈉離子電鈉離子電池電極材料池電極材料鈉離子

6、電鈉離子電池負極材料的池負極材料的關鍵技術(shù)關鍵技術(shù)在尋找可行的鈉離子電池負極材料時，必須考慮以下要求：在尋找可行的鈉離子電池負極材料時，必須考慮以下要求： 鈉嵌入的過程中電極電位變化較小，并接近金屬鈉的電位，從而保證電池的輸出電壓高； 鈉在主體材料中的可逆嵌入量和充放電效率要盡可能高，以保證電池具有較高的能量密度； 在鈉的脫嵌過程中，主體結(jié)構(gòu)的體積變化應盡可能小，以獲得較好的循環(huán)穩(wěn)定性； 電極材料具有較高的電子電導率和鈉離子遷移速率，確保電池可以進行大電流充放電； 與電解液的相容性好，同時具有較高的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性； 價格低廉，原料豐富，對環(huán)境無污染，容易制備。3.鈉離子電鈉離子電池電極材

7、料池電極材料鈉離子電鈉離子電池負極材料分類池負極材料分類碳基負極材料碳基負極材料鈦基負極材料鈦基負極材料復合氧化物型負極材料復合氧化物型負極材料和硅、硫、磷等和硅、硫、磷等鈉合金負極材料鈉合金負極材料美國美國 Aquion Energy公司公司u 負極：低成本活性炭，具有電化學電容效應；u 正極：Na0.44MnO2，倍率性能良好；u 電解液：Na2SO4中性水溶液；u 隔膜：無紡布；u 極板厚度為幾毫米；聚丙烯外包裝，方形疊堆結(jié)構(gòu)；u 30Wh，可用電壓為0.5-1.8V $300/kWh，鋰電成本1/3； 5000次保持率85%3.鈉離子電鈉離子電池電極材料池電極材料3.鈉離子電鈉離子電池電極材料池電極材料鈉離子電池的優(yōu)勢與未來鈉離子電池的優(yōu)勢與未來原料資源原料資源豐富，成豐富，成本低廉，本低廉，分布廣泛分布廣泛能利用分解電勢能利用分解電勢更低的電解質(zhì)溶更低的電解質(zhì)溶劑及電解質(zhì)鹽，劑及電解質(zhì)鹽，電解質(zhì)的選擇范電解質(zhì)的選擇范圍更寬圍更寬有相對穩(wěn)定的電有相對穩(wěn)定的電化學性能，使用化學性能，使用更加安全更加安全優(yōu)勢優(yōu)勢總結(jié)總結(jié)總結(jié)總結(jié)u鈉離子電池是一種很有發(fā)展前景的，并有可能替代鋰離子電池的新型電池。u材料創(chuàng)新是實現(xiàn)鈉電池技術(shù)進步的重點，電池材料的研究方興未艾。u鈉離子電池的正負極材料的研究和開發(fā)逐漸成為國際能源研究的熱點課題，并在近年來取得了巨大的進步。u革命尚未