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钠离子电池与锂离子电池相比较



  钠离子电池与锂离子电池的对比。锂离子电池本身也开始面临着增长的极限,尤其是使用寿命与能量密度的提高越来越困难,所以寻找新的替代技术有了天然的需求。钠资源丰富,开采费用仅为锂的百分之一,因而钠离子电池的研发成为科研人员争相开发的热点领域。

  在寻找锂电池替代品方面,科学家们一直在努力,现在,钠离子电池成为一个新的有前景落地的方向。锂离子电池现在可谓是风头正劲,集万千宠爱于一身,但是在这热闹之下,一场危机正在酝酿,锂离子电池的近亲钠离子电池正在酝酿夺权。

  钠离子电池: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。在充放电过程中,Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出:充电时,Na+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极;放电时则相反。

  钠离子电池最主要的特征就是利用Na+代替了价格昂贵的Li+,因此正极材料、负极材料和电解液等都要做相应的改变,适应Na离子电池。相比于锂元素,钠元素在地壳中的储藏量十分丰富,获得Na元素的方法也十分简单,因此相比于锂离子电池,钠离子电池在成本上将更加具有优势。

  目前钠离子电池最大的难点是寻找一款稳定的钠离子电池负极材料,传统的锂离子电池负极材料石墨,能够与Li结合,形成LiC6结构的化合物,理论比容量为372mAh/g,但是石墨仅能储存十分有限的Na离子,这可能是由于Na会首先在石墨表面形成镀层,而不是与石墨形成化合物。

  钠离子电池虽然能量密度不及锂离子电池,但是由于Na资源丰富,且十分容易获得,加之目前碳酸锂价格高涨,因此从长远来看,Na离子电池仍然具有十分广泛的应用前景,在一些对能量密度要求不高的领域,例如电网储能、调峰,风力发电储能等方面还是具有应用前景的。

  第四,钠离子不与铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,可降低成本和电池重量。

  据了解,目前钠离子电池的能量密度只能达到120瓦时/公斤。所以,在能量密度这一技术指标上,钠离子电池还不能与锂离子电池相提并论,因为锂电池的能量密度300瓦时/公斤以上。

  从能量密度的角度来说,现在的钠离子电池只能达到锂电池的一半以下,因此钠离子电池目前只能用在低速电动车、电动船、家庭储能等对能量密度要求较低的领域,目前还不能用钠电池做出高速电动汽车。

  1、电池内部电荷载体的不同,锂离子电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现充放电的,而钠离子电池则是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移的,其实二者的工作原理是相同的。

  2、两者离子半径不同,这半径差别导致钠离子电池的性能远远不及锂离子电池;锂离子的负极可以使石墨,但是钠离子几乎不能再石墨中脱嵌/嵌入,容量很小;其他碳材料经过处理最多可以达到差不多300多毫安时;离子在正极中的容量很小,只有一百多毫安时;钠离子在正负极中嵌入/脱嵌阻力很大,源于半径大;可逆性差,不可逆容量损失大。

  钠离子电池是未来储能电池的重要发展方向之一。随着钠离子研发技术的不断进步,钠离子电池的商业化进程会不断加快,也许提前布局这一领域有望在新能源电池领域抢得先机。当然现在说钠离子电池取代锂电池似乎为时尚早。

  因此,仍有诸多问题亟待解决,实现大规模、高安全性、低成本、高能量、高功率密度和长寿命的目标,方能实现钠离子电池的产业化。

  钠离子电池(Sodium-ion battery),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。

  在充放电过程中,Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出:充电时,Na+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极;放电时则相反。新款18650钠离子电池,借助了钠离子转移(而不是锂离子)来存储和释放电能。

  研究人员将这种特定的材料定位商业机密,LITEN合作研究员Loc Simonin指出:“其能量密度可与磷酸铁锂等锂离子电池相匹敌”。

  钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐,相较于锂盐而言储量更丰富,价格更低廉。由于钠离子比锂离子更大,所以当对重量和能量密度要求不高时,钠离子电池是一种划算的替代品。

  与锂离子电池相比,钠离子电池具有的优势有:(1)钠盐原材料储量丰富,价格低廉,采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料,原料成本降低一半;(2)由于钠盐特性,允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液,钠盐电导率高于锂电解液20%左右)降低成本;(3)钠离子不与铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,可以进一步降低成本8%左右,降低重量10%左右;(4)由于钠离子电池无过放电特性,允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg,可与磷酸铁锂电池相媲美,但是其成本优势明显,有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。