鉅大LARGE | 點擊量:1806次 | 2021年03月19日
鈉離子電池和鋰離子電池之間有什么關系?
鈉離子電池最重要的特點就是利用Na+代替了價格昂貴的Li+,因此正極材料、負極材料和電解液等都要做相應的改變,適應Na離子電池。相比于鋰元素,鈉元素在地殼中的儲藏量十分豐富,獲得Na元素的方法也十分簡單,因此相比于鋰離子電池,鈉離子電池在成本上將更加具有優勢。
鈉離子電池的概念起步并不晚,上個世紀80年代與鋰離子電池幾乎同時起步。然而到了90年代,由于Na離子電池能量密度要低于鋰離子電池,因此漸漸淡出人們的視野。但是由于鋰資源是一種相對稀缺的資源,因此面對節節攀升的碳酸鋰價格,使得人們再次關注鈉離子電池。
目前鈉離子電池最大的難點是尋找一款穩定的鈉離子電池負極材料,傳統的鋰離子電池負極材料石墨,能夠與Li結合,形成LiC6結構的化合物,理論比容量為372mAh/g,但是石墨僅能儲存十分有限的Na離子,這可能是由于Na會首先在石墨表面形成鍍層,而不是與石墨形成化合物。
為了改善石墨材料的性能,其中針對石墨材料的一個研究方向為開發高層間距石墨材料,例如將石墨的層間距提高到0.43nm,可以獲得300mAh/g以上的可逆容量。
硬碳也是一種可以儲存Na離子的負極材料,由于硬碳材料結晶度較低,碳原子層的排布規則度較低,因此可以儲存較多的Na離子,其容量可達到300mAh/g以上,但是循環性能較差,例如1維的納米碳纖維循環600次以后容量僅為176mAh/g。
而且硬碳的首次效率較低,這重要是因為硬碳較大的比表面造形成數量客觀的SEI膜造成的,特別是對一些多孔碳材料,其較大的表面積嚴重的影響了鈉離子電池的首次效率。因此降低硬碳材料的比表面積有助于提高硬碳材料的容量。
合金負極也是一種十分具有吸引力的負極材料,例如錫基和硅基材料,由于其較高的比容量,成功吸引了人們的注意。當然與鋰離子電池相同,這些材料仍然存在膨脹過大的問題。錫基負極能與Na形成Na15Sn4合金,比容量可達847mAh/g,但是這也伴隨著420%的體積膨脹,這極大的制約了錫基負極的應用。
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