钠离子电池 ppt课件

钠离子电池，可在低于100℃的温度下工作实证试验中的电池模块住友电气工业与京都大学能源科学研究科的萩原研究室，共同开发出了可在低于100℃的中低温下工作的钠（Na）离子充电电池。

目前已在住友电工的大阪制作所，将4台9kWh的电池模块（36kWh）连接到该所内的电力系统上进行实证试验。

住友电工本来一直在从事蓄电用大型钒系氧化还原液流电池（Redox Flow Battery）、镍氢充电电池用多孔集电体以及锂离子充电电池极耳（Tab Lead）等电池部件业务。

其中，面向电动汽车和定置用蓄电系统的充电电池市场逐渐扩大，作为在锂（Li）等资源方面可能会受到制约的锂离子充电电池的替代品，住友电工开发出了钠离子充电电池。

此次开发的钠离子充电电池，在正负极的活性物质中采用了资源丰富的钠，而且负极的集电体可以采用Al箔而非Cu箔，与锂离子充电电池相比可以减低成本。

住友电工全面进行量产的话，那么“将有可能实现每1kWh约2万日元的成本”（住友电工电子材料研究所金属无机材料技术研究部电气化学小组组长稻泽信二）。

以前需要在300℃的温度下工作采用钠的充电电池目前有日本碍子（NGK）已实现商用化的NAS（硫磺钠）电池和瑞士MES-DEA公司的钠镍氯化物充电电池。

不过，这些电池组合使用了熔融状态的钠以及陶瓷固体电解质，因此要想使电池进行工作，就需要将温度提高至300℃。

而此次开发的电池，其特点是只用混有双(氟磺酰)亚胺钠（NaFSA）和双(氟磺酰)亚胺钾（KFSA）的熔融盐来构成电解液（图1）。

电解液的熔点只有57℃，因此电池能在57～190℃的温度范围内工作。

住友电工的稻泽表示，实际此次是在“70～80℃的温度下工作的”。

图1：融点为57 ℃的熔融盐采用融点为106℃的NaFSA和融点为96 ℃的KFSA按照1比1比例进行混合得到的熔融盐，融点降至57℃。

正极材料采用的是亚铬酸钠（NaCrO2），负极材料采用的是钠合金。

近年来,随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，研究高能效、资源丰富及环境友好的储能材料是人类社会实现可持续性发展的必要条件。

为满足规模庞大的市场需求,仅依靠能量密度、充放电倍率等性能衡量电池材料是远远不够的。

电池的制造成本与能耗是否对环境造成污染以及资源的回收利用率也将成为评价电池材料的重要指标。

目前,锂离子电池是发展前景最为明朗的高能电池体系，但随着数码、交通等产业对锂离子电池依赖加剧，有限的锂资源必将面临短缺问题。

钠离子电池的研究开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题。

若在此基础上研制出性能良、安全稳定的材料，钠离子电池将拥有比锂电池更大的市场竞争优势.依据目前的研究进展，钠离子电池与锂离子电池相比有3 个突出优势：①原料资源丰富，成本低廉，分布广泛;②钠离子电池的半电池电势较锂离子电势高0。

3~0.4 V，即能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐[1］，电解质的选择范围更宽；③钠电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。

与此同时，钠离子电池也存在着缺陷，如钠元素的相对原子质量比锂高很多,导致理论比容量小，不足锂的1/2；钠离子半径比锂离子半径大70％，使得钠离子在电池材料中嵌入与脱出更难。

其中正极材料一般有层状NaxMO2,聚阴离子型等正极材料.负极材料大致分为碳基材料，金属及合金材料,金属氧化物材料及其他材料。

碳基负极材料研究者普遍认为，除非在高温或高压的环境下,否则要使大量钠嵌入石墨层是极其困难的,这使得钠离子电池负极材料的研究难度非常大。

1993 年，Doeff 等报道了煅烧石油焦的电化学储钠性能，该材料的可逆容量仅为85 mAh/g.Stevensa 等对不同的碱金属元素（主要包括钠、锂）嵌入和脱出中间相碳微球(MCMB）的过程进行了系统研究。

MCMB 的制备过程如下：将葡萄糖溶液在空气中加热180 ℃脱水24 h,球磨至300 μm,放置管式炉内以1 ℃/min 的速度加热至1000 ℃.取出样品，再次球磨,筛选出直径小于75 μm 的颗粒作为负极材料，均匀地涂在铜片上.虽然理论上Na 嵌入MCMB 比Li 难,但研究结果表明，在经特殊制备的MCMB 负极材料中,钠离子嵌入的比容量能够接近锂离子，达到300 mAh/g，是一种高容量的负极材料。

钠离子电池基本原理小伙伴们！今天咱们来唠唠钠离子电池这个超有趣的东西。

你知道吗？钠离子电池啊，就像是一个小小的能量魔法盒。

它的基本原理呢，其实和咱们熟悉的锂离子电池有点像，但又有自己独特的地方。

咱们先来说说电池的构成吧。

钠离子电池里面有正极、负极和电解液这些重要的小伙伴。

正极就像是一个热情好客的主人，它有着特殊的材料，能够吸引钠离子过来做客呢。

常见的正极材料有层状过渡金属氧化物之类的，这些材料就像是有着特殊形状的小房子，钠离子就可以住在里面。

负极呢，它也有自己的本事。

负极材料就像是一个耐心等待的朋友，等着钠离子从正极跑过来找它玩。

比如说硬碳材料就是一种很常用的负极材料。

想象一下，钠离子就像一个个小淘气包，在电池内部跑来跑去。

那电解液是干啥的呢？电解液就像是一条充满活力的河流，它给钠离子提供了一个可以游动的通道。

这个通道很重要哦，要是没有它，钠离子就没办法在正极和负极之间愉快地穿梭了。

电解液里面有钠盐，这些钠盐溶解在溶剂里，就形成了钠离子可以游动的环境。

当电池开始工作的时候，就像是一场有趣的接力赛。

在充电的时候，电源就像一个超级指挥官，它给电池施加一个电压。

这个时候，钠离子就像是听到了命令的小士兵，从正极材料这个小房子里跑出来，然后顺着电解液这条河流，欢快地游向负极。

负极就热情地接纳这些钠离子，把它们一个个拉到自己身边。

这个过程就像是在负极那里开了一个钠离子的小派对。

而当电池放电的时候呢，情况就反过来啦。

钠离子又从负极出发，顺着电解液的河流，游回正极。

在这个过程中，钠离子在正负极之间的来回穿梭，就会产生电流。

这个电流就可以被我们用来给手机充电呀，让小风扇转起来呀之类的。

钠离子电池还有一个很厉害的地方呢。

它的原材料很丰富哦。

钠元素在地球上的含量那可是相当可观的，不像锂元素那么稀缺。

这就意味着钠离子电池有很大的发展潜力。

就好比是一个有着无限可能的宝藏，等着人们去挖掘。

而且啊，钠离子电池在安全性方面也有自己的优势。