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1、钠离子电池电极材料研究进展,汇 报 人 ：xxx,上海xxxx xxxx学院 2014.6.20,目录,1 引言,2钠离子电池,3 钠离子电池电极材料,本文目录结构,4 总结,引言,1引言,电化学储能技术的发展背景,能源是支撑整个人类文明进步的物质基础，也是现代社会发展须臾不可或缺的基本条件。随着社会经济的高速发展，人类社会对能源的依存度不断提高。据统计，目前世界每年能源消费总量的70%来源于不可再生的化石燃料(煤、石油、天气）。,中国与世界能源消耗结构,环境污染,资源枯竭,战争,温室效应,疾病,1引言,电化学储能技术的发展背景,因此改变现有不合理的能源结构，大力发展可再生清洁能源，并逐步替代
2、化石能源，已成为人类社会可持续发展面临的首要问题。风能、太阳能、潮汐能、地热能等均属于可再生清洁能源，将成为未来的主要能源来源。然而，可再生能源一般具有总量大、能量密度低、随机性、间歇性等特点，导致其难以使用。在这种形势下，发展高效便捷的储能技术以满足人类的能源需求成为世界范围内研究热点。,物理类储能,1引言,电化学储能,电化学储能技术的发展背景,目前主流的储能技术,效率高,1引言,投资少,电化学储能技术的发展背景,使用安全,应用灵活,电化学储能,1引言,几类电化学储电技术比较,1799年,2013/12/13,Volta发明“伏打电池”,目前常用的电化学储能体系,200 years,液流电池
3、,超级电容器,二次电池,铅酸电池,镍-镉电池,锂离子电池,钠离子电池,钠离子电池,2.钠离子电池,钠离子电池实际上是一种浓差电池，正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成。充电时，Na+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，Na+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于处于富钠态。,钠离子电池简介,钠离子电池工作原理示意图,中科院物理所的钠离子电池,理论能量密度为180Wh/kg（基于正负极活材料的质量计算）,2.钠离子电池,钠离子电池电极材料,3.钠离子电池电极材料,钠离子电池体系的关键技术,钠离子
4、电池主要由正极、负极和电解液组成。其中，正、负极材料是电池的核心部件，其性能直接决定了电池的电化学性能，因而，开发性能优异、价格低廉的钠离子电池正负极材料将成为今后的研究重点。,几种重要的钠离子电池正、负极材料的容量和电压值,3.钠离子电池电极材料,钠离子电池正极材料的关键技术,作为钠离子电池关键部件之一的正极材料应该满足下列要求：较高的氧化还原电位，且电位受材料嵌钠量的影响较小；具有较高的比容量；有足够的离子扩散通道，确保钠离子快速嵌入和脱出；有较高的电化学反应活性；良好的结构稳定性和电化学稳定性；应具有制备工艺简单、资源丰富以及环境友好等特点。,3.钠离子电池电极材料,钠离子电池正极材料分
5、类,过渡金属氧化物型,聚阴离子型,磷酸盐材料,氟磷酸盐材料,NASICON结构材料,3.钠离子电池电极材料,钠离子电池负极材料的关键技术,在寻找可行的钠离子电池负极材料时，必须考虑以下要求： 钠嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属钠的电位，从而保证电池的输出电压高； 钠在主体材料中的可逆嵌入量和充放电效率要尽可能高，以保证电池具有较高的能量密度； 在钠的脱嵌过程中，主体结构的体积变化应尽可能小，以获得较好的循环稳定性； 电极材料具有较高的电子电导率和钠离子迁移速率，确保电池可以进行大电流充放电； 与电解液的相容性好，同时具有较高的化学稳定性和热稳定性； 价格低廉，原料丰富，对环境无污染，容
6、易制备。,3.钠离子电池电极材料,钠离子电池负极材料分类,碳基负极材料,钛基负极材料,复合氧化物型负极材料和硅、硫、磷等,钠合金负极材料,美国 Aquion Energy公司,负极：低成本活性炭，具有电化学电容效应；正极：Na0.44MnO2，倍率性能良好；电解液：Na2SO4中性水溶液；隔膜：无纺布；极板厚度为几毫米；聚丙烯外包装，方形叠堆结构；30Wh，可用电压为0.5-1.8V,$300/kWh，锂电成本1/3；5000次保持率85%,3.钠离子电池电极材料,3.钠离子电池电极材料,钠离子电池的优势与未来,原料资源丰富，成本低廉，分布广泛,能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐，电解质的选择范围更宽,有相对稳定的电化学性能，使用更加安全,优势,总结,总结,钠离子电池是一种很有发展前景的，并有可能替代锂离子电池的新型电池。材料创新是实现钠电池技术进步的重点，电池材料的研究方兴未艾。钠离子电池的正负极材料的研究和开发逐渐成为国际能源研究的热点课题，并在近年来取得了巨大的进步。革命尚未成功，未来的研发中要优化设计，加强对钠离子电池不同体系的材料相互匹配的研究，以实现优势互补，从而加快钠离子电池开发和应用的步伐。,
