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鈉離子電池和鋰離子電池的區(qū)別
發(fā)布時間:2023-01-10 13:37:58| 瀏覽次數(shù):75

鈉離子電池和鋰離子電池的區(qū)別

和鋰電池相似,鈉離子電池是一種“搖椅式”二次電池。鈉離子電池同樣包括正極、負極、隔膜、電解液和集流體。?充電時,Na+從正極脫出,經(jīng)電解液穿過隔膜嵌入負極,使正極處于高電勢的貧鈉態(tài),負極處于低電勢的富鈉態(tài)。放電過程與之相反。保持電荷的平衡,充放電過程中有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞,與Na+一起在正負極間遷移,使正負極分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。鈉離子電池的脫嵌式工作原理與鋰離子電池相似,為鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化打下堅實基礎(chǔ)。 


浙江昌意鈉電的鈉離子電池電芯

鈉離子電池安全性能更為優(yōu)異。鈉離子電池的內(nèi)阻相比鋰電池稍高,致使在短路等安全性試驗中瞬間發(fā)熱量少、溫升較低。在過充、過放、短路、針刺、擠壓等所有安全項目測試中,鈉離子電池均未發(fā)現(xiàn)起火、爆炸現(xiàn)象。


?鈉離子電池高低溫性能更佳。高溫放電(55°C和80°C)容量超過額定容量100%,低溫-40°C放電容量超過70%額定容量。且可實現(xiàn)在低溫-20°C下0.1C充放電,其充放電效率接近100%,具有比鋰電池更好的低溫充電性能。


?鈉離子電池倍率性能更為優(yōu)異。鈉離子斯托克斯直徑比鋰離子的小,相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導(dǎo)率。鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低,從而在電解液中具有更快的動力學(xué)和界面擴散性能。


?鈉離子電池的能量密度和循環(huán)次數(shù)仍有改善空間。鈉離子電池能量密度約為100-150Wh/kg,高于鉛酸電池,與部分磷酸鐵鋰電池相當(dāng)。寧德時代發(fā)布的鈉離子電池能量密度高達160Wh/kg,下一代鈉離子電池能量密度研發(fā)目標(biāo)是200Wh/kg以上。循環(huán)次數(shù)方面,鈉離子電池超2000次,與磷酸鐵鋰電池仍有一定差距。


?預(yù)計鈉離子電池首先替代鉛酸電池進軍低速二輪車,后切入儲能和A00級車,部分替代磷酸鐵鋰電池。鈉離子電池可應(yīng)用于對能量密度要求較低的領(lǐng)域。全國二輪電動車電池市場70%以上為鉛酸電池,鈉離子電池綜合性能高于鉛酸電池,且更為環(huán)保,預(yù)計將推進實施低速電動車、啟停電源無鉛化。國內(nèi)電化學(xué)儲能高速發(fā)展,鈉離子電池預(yù)計將憑借低成本和資源優(yōu)勢滲透儲能市場。而A00級車對電池成本更為敏感,鈉離子電池具備優(yōu)勢。


?在理想情況下,鈉離子能夠完全進行可逆的脫出與嵌入,而不會造成晶體結(jié)構(gòu)的破壞。電極材料對鈉離子電池至關(guān)重要,研發(fā)理想的鈉離子電池正極材料是推進鈉離子電池的關(guān)鍵。當(dāng)前鈉離子電池正極材料主要有過渡金屬層狀氧化物類、聚陰離子類化合物和普魯士藍類化合物。


?三種正極路線各有所長,未來或?qū)⒐泊妗訝钛趸矬w系制備方法簡單,比容量和電壓較高,但在空氣中穩(wěn)定性差。聚陰離子體系具有較好的倍率性能和循環(huán)性能,但導(dǎo)電率一般較差,采用碳包覆和摻雜手段使能量密度提升。普魯士藍類化合物具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和倍率性能,但存在結(jié)晶水難以除去和過渡金屬離子溶解等問題。層狀氧化物體系成熟度較高,預(yù)計率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而普魯士藍類成本低,比容量和能量密度高,倍率性能優(yōu)異,未來潛力較大。


普魯士藍類化合物正極材料制備工藝主要有:共沉淀法、水熱合成法、球磨法等。共沉淀法是最主流的合成方法,生產(chǎn)成本低,合成工藝易調(diào)節(jié),但耗時久并容易產(chǎn)生晶格缺陷和結(jié)晶水。水熱合成法能加快反應(yīng)速率,產(chǎn)物分散性高,但對生產(chǎn)設(shè)備要求高。球磨法操作過程簡單,可降低材料結(jié)晶水,但粒子容易團聚,且容易混入雜質(zhì)。


總結(jié):1、從安全上看:鈉離子電池更安全,鋰離子電池電流密度越大枝晶鋰生長越快,刺穿電池內(nèi)部結(jié)構(gòu),造成短路自燃。而鈉離子產(chǎn)生枝晶的概率很低,自燃的概率很低。


2、從技術(shù)上看:鈉離子電池在能量密度、功率密度等指標(biāo)都要比鋰離子電池差。主要原因是,在攜帶相同電荷時,鈉離子要比鋰離子大兩倍。如果說鈉離子電池是一頭驢,鋰離子電池就是一頭馬,有更好的爆發(fā)力和耐力,但拉磨這種不太著急的事可以讓驢來做,此外鈉離子電池循環(huán)壽命也比三元鋰電池低;


3、從資源上看:鋰在全世界的儲量并不算特別豐富,而納在地球上的分布上要多得多,特別是海洋里,納相當(dāng)于只取之不盡的,不過由于鈉離子電池的制造成本并沒有比鋰離子電池便宜多少,需要技術(shù)攻關(guān)及規(guī)模效應(yīng),理論上成本將比磷酸鐵鋰更低。

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