鈉離子電池正極材料簡(jiǎn)介課件(PPT 22頁(yè))

1、鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展 匯 報(bào) 人 ：xxx上海xxxx xxxx學(xué)院 2014.6.20第1頁(yè)，共22頁(yè)。目錄1 引言2鈉離子電池3 鈉離子電池電極材料本文目錄結(jié)構(gòu)4 總結(jié)第2頁(yè)，共22頁(yè)。 引言第3頁(yè)，共22頁(yè)。1引言電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展背景 能源是支撐整個(gè)人類(lèi)文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展須臾不可或缺的基本條件。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)對(duì)能源的依存度不斷提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界每年能源消費(fèi)總量的70%來(lái)源于不可再生的化石燃料(煤、石油、天氣）。中國(guó)與世界能源消耗結(jié)構(gòu)第4頁(yè)，共22頁(yè)。環(huán)境污染資源枯竭戰(zhàn)爭(zhēng)溫室效應(yīng)疾病1引言電化學(xué)儲(chǔ)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)

2、構(gòu)，大力發(fā)展可再生清潔能源，并逐步替代化石能源，已成為人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問(wèn)題。風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能、地?zé)崮艿染鶎儆诳稍偕鍧嵞茉?，將成為未?lái)的主要能源來(lái)源。然而，可再生能源一般具有總量大、能量密度低、隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，導(dǎo)致其難以使用。在這種形勢(shì)下，發(fā)展高效便捷的儲(chǔ)能技術(shù)以滿足人類(lèi)的能源需求成為世界范圍內(nèi)研究熱點(diǎn)。第5頁(yè)，共22頁(yè)。物理類(lèi)儲(chǔ)能1引言電化學(xué)儲(chǔ)能電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展背景目前主流的儲(chǔ)能技術(shù)第6頁(yè)，共22頁(yè)。效率高1引言投資少電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展背景使用安全應(yīng)用靈活電化學(xué)儲(chǔ)能第7頁(yè)，共22頁(yè)。1引言幾類(lèi)電化學(xué)儲(chǔ)電技術(shù)比較1799年2013/12/13 Volta發(fā)明“伏打電

3、池”目前常用的電化學(xué)儲(chǔ)能體系200 years液流電池超級(jí)電容器二次電池 鉛酸電池鎳-鎘電池鋰離子電池鈉離子電池第8頁(yè)，共22頁(yè)。鈉離子電池第9頁(yè)，共22頁(yè)。2.鈉離子電池 鈉離子電池實(shí)際上是一種濃差電池，正負(fù)極由兩種不同的鈉離子嵌入化合物組成。充電時(shí)，Na+從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鈉態(tài)，正極處于貧鈉態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷經(jīng)外電路供給到負(fù)極，保證正負(fù)極電荷平衡。放電時(shí)則相反，Na+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極，正極處于處于富鈉態(tài)。鈉離子電池簡(jiǎn)介 鈉離子電池工作原理示意圖第10頁(yè)，共22頁(yè)。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(fù)極活材料的質(zhì)量計(jì)算）2.

4、鈉離子電池第11頁(yè)，共22頁(yè)。鈉離子電池電極材料第12頁(yè)，共22頁(yè)。3.鈉離子電池電極材料鈉離子電池體系的關(guān)鍵技術(shù) 鈉離子電池主要由正極、負(fù)極和電解液組成。其中，正、負(fù)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(xué)性能，因而，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異、價(jià)格低廉的鈉離子電池正負(fù)極材料將成為今后的研究重點(diǎn)。 幾種重要的鈉離子電池正、負(fù)極材料的容量和電壓值第13頁(yè)，共22頁(yè)。3.鈉離子電池電極材料鈉離子電池正極材料的關(guān)鍵技術(shù)作為鈉離子電池關(guān)鍵部件之一的正極材料應(yīng)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小；具有較高的比容量；有足夠的離子擴(kuò)散通道，確保鈉離子快速嵌入和脫出；有較高的電化學(xué)

5、反應(yīng)活性；良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；應(yīng)具有制備工藝簡(jiǎn)單、資源豐富以及環(huán)境友好等特點(diǎn)。第14頁(yè)，共22頁(yè)。3.鈉離子電池電極材料鈉離子電池正極材料分類(lèi)過(guò)渡金屬氧化物型聚陰離子型磷酸鹽材料氟磷酸鹽材料NASICON結(jié)構(gòu)材料第15頁(yè)，共22頁(yè)。3.鈉離子電池電極材料鈉離子電池負(fù)極材料的關(guān)鍵技術(shù)在尋找可行的鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，必須考慮以下要求： 鈉嵌入的過(guò)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(guò)程中，主體結(jié)構(gòu)的體積變化應(yīng)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

6、的電子電導(dǎo)率和鈉離子遷移速率，確保電池可以進(jìn)行大電流充放電； 與電解液的相容性好，同時(shí)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性； 價(jià)格低廉，原料豐富，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，容易制備。第16頁(yè)，共22頁(yè)。3.鈉離子電池電極材料鈉離子電池負(fù)極材料分類(lèi)碳基負(fù)極材料鈦基負(fù)極材料復(fù)合氧化物型負(fù)極材料和硅、硫、磷等鈉合金負(fù)極材料第17頁(yè)，共22頁(yè)。美國(guó) Aquion Energy公司負(fù)極：低成本活性炭，具有電化學(xué)電容效應(yīng)；正極：Na0.44MnO2，倍率性能良好；電解液：Na2SO4中性水溶液；隔膜：無(wú)紡布；極板厚度為幾毫米；聚丙烯外包裝，方形疊堆結(jié)構(gòu)；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.鈉離子電池電極材料第18頁(yè)，共22頁(yè)。3.鈉離子電池電極材料鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)與未來(lái)原料資源豐富，成本低廉，分布廣泛能利用分解電勢(shì)更低的電解質(zhì)溶劑及電解質(zhì)鹽，電解質(zhì)的選擇范圍更寬有相對(duì)穩(wěn)定的電化學(xué)性能，使用更加安全優(yōu)勢(shì)第19頁(yè)，共22頁(yè)。總結(jié)第20頁(yè)，共22頁(yè)?？偨Y(jié)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。材料創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)鈉電池技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)，電池材料的研究方興未艾。鈉離子電池的正負(fù)極材料的研究和開(kāi)發(fā)逐漸成為國(guó)際能源研究的