中国粉体网讯 7月29日，宁德时代董事长曾毓群博士在钠离子电池发布会上，不仅向全世界展示了宁德时代这款全球最高水平160Wh/kg能量密度的第一代钠离子电池，更是创造性的将钠离子电池和锂离子电池混搭使用，最超预期的是钠离子电池最快会在2023年商业化。钠离子电池这个有别于目前主流锂电池的新型电池迅速进入了市场的视野中，不仅激起了投资者的热议，更是引发了业内的广泛关注。
钠离子的半径较大、比重高，导致其在电极材料脱嵌时受到的阻力比锂离子大，电池的能量密度和功率密度较低。现阶段较为成熟的钠离子电池电极材料较少且电化学性能较差，还没有适合大规模商业化的材料。对于大规模储能而言，在一定安全性的基础上，成本和循环寿命是需要考虑的首要因素，而开发价格低廉、性能优异的储钠电极材料是实现钠离子电池商业化应用的关键。
目前，钠离子电池正极材料已得到广泛而深入的研究，负极材料研究则相对不成熟，成为制约钠离子电池发展的重要因素。钠离子电池负极材料主要有四类：
（1）碳基负极材料
由于传统的石墨无法作为钠离子电池的负极，目前人们研究重点在无定形碳上，主要包括两类：硬碳和软碳。碳基负极材料尤其是硬碳材料，具有合适的电位、较高的比容量和首次Coumlombic效率，使其成为最有商业化前景的负极材料。然而，硬碳材料的成本较高，不利于发挥钠离子电池低成本的优势。
（2）钛基氧化物负极材料
钛在氧化物中一般都以四价存在，是一种在空气中可以稳定存在的价态。所以，钛基氧化物能够长时间在空气中稳定存储。二氧化钛（TiO2）具有晶型丰富、化学性质稳定、环境友好、价格低廉等优点，逐渐成为钠离子电池负极材料的研究热点。在深度放电条件下，TiO2的理论容量为335mAh·g-1。然而TiO2为半导体，导电性较低，导致其电化学活性不高，将TiO2与高导电性碳材料进行复合已经成为提高其储钠性能的重要手段。
（3）合金类负极材料
合金类负极材料因其高的比容量而备受关注，这类研究主要集中在第Ⅳ主族和第Ⅴ主族元素中，比如Sb金属，它与3个Na发生反应提供660mAh/g的比容量；Sn金属可以与3.75个Na发生反应提供847mAh/g的比容量，因此Sn表现出更高的容量优势。金属Sn负极首周库伦效率较低，循环性能不佳，这是限制其应用的主要因素。
（4）金属有机骨架化合物负极材料
基于电化学活性的有机化合物材料不但可以作为钠离子电池正极材料，也可以作为钠离子电池负极材料。羰基化合物是1969年首次报道以来研究最为广泛的有机电极材料之一。羰基由于具有高反应活性、快的离子传输动力学、高的比容量和结构多样性，是目前在有机电活性材料中普遍存在的官能团。
为致力于提高钠离子电池的能量密度，有利于进一步设计开发性能优异的钠离子电池关键电极材料，并构建高稳定、长寿命的钠离子电池，为钠离子电池在储能领域的规模应用提供研究基础和技术支撑，中国粉体网旗下粉体公开课平台将于2021年8月25日举办“2021首届钠离子电池技术网络研讨会”，届时来自中南大学的王海燕教授将作《提升钠离子电池能量密度：从材料到全电池体系》报告，本报告首先介绍课题组在低成本高容量TiO2和MoS2等非碳负极上的研究进展，然后将重点介绍在硬碳结构调控方面的工作。
另外，因为高容量负极如TiO2，MoS2或硬碳的首次库伦效率都较低，需要消耗大量正极材料，导致全电池能量密度下降，针对这个问题，课题组首先提出了系列结构与界面调控策略，提升负极材料的首库。并且提出一种正极补钠技术，在基本不影响电池其它电化学性能的前提下实现了全电池能量密度的明显提高（超过20%），有望为推动高容量钠离子负极材料的实际应用提供一种新思路。
报告人介绍
王海燕，中南大学教授，博士生导师，香江学者，湖南省杰出青年基金获得者，湖湘青年英才。曾获国家公派留学University of St.Andrews，曾获香江学者资助在香港科技大学从事研究工作。主要从事储能材料结构与界面调控方面的研究，致力于开发高比能长寿命高安全的储能电池器件。目前以第一或通讯作者在Nat Commun，Ange wandte，Energy Environ Sci，Adv Mater等国内外知名期刊发表论文120余篇，他引4500余次，H指数45。获授权国家发明专利12项，其中2项已实现成果转化。获湖南省首届“我最喜爱的青年教师”，湖南省自然科学二等奖和重庆市科技进步一等奖等。
资料来源：
黄洋洋等. 高性能低成本钠离子电池电极材料研究进展
廉思甜等. 二氧化钛基钠离子电池负极材料研究进展
徐凯琪等. 钠离子电池硬碳负极材料首周效率的研究进展
华尔街见闻：宁德钠离子电池对行业意味着什么？冲击or机遇？
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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