锂离子电池PK钠离子电池,谁能成为最后的赢家?


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  对锂/钠离子电池的结构、原理及其关键材料的异同进行对比分析,介绍锂/钠离子电池用正负极材料的现状及发展趋势。并从目前锂电行业的发展状况出发,对企业技术、专利状况以及未来锂电发展方向做了预判。通过分析国家相关政策和锂电池市场的发展,对锂电池的未来发展进行了展望。

中国粉体网讯  自21世纪以来,当今世界可持续发展面临的两大严峻挑战为能源危机和环境问题。能源是人类赖以生存和发展的基础,与人类社会及其生活密不可分。目前常见的绿色能源装置主要有:锂离子电池、钠离子电池、太阳能电池、超级电容器、燃料电池等。其中,锂离子电池作为能源储能装置具有很多优点,例如较高的工作电压、高的能量密度、长的循环寿命、无记忆效应等,这些特点使得其广泛应用于手机、手提电脑、电动汽车、混合动力电动汽车等。在众多能量存储器件中,锂离子电池是一种主要的储能器件。


由于锂离子电池被广泛地应用于很多领域,导致锂资源储量急剧减少。因此,与锂离子电池具有相似充放电原理的钠离子电池是最佳替代者。虽然钠电的理论容量不及锂电,但钠资源丰富,成本低廉,其次,钠电的标准电极电势为-2.7V,比锂电高0.3V左右,因此是非常具有发展潜力的电池体系,近年来得到了国内外科研工作者的广泛关注以及深入研究。


锂/钠离子电池的四个主要组成部分为正极材料,负极材料,电解质,隔膜。锂离子电池的工作原理是Li+在两个电极之间往返嵌入和脱出来实现充放电,因此被称为“摇椅式电池”。其工作原理:在充电过程中,正极上的电子从通过外部电路传输到负极上,Li+从正极上脱出进入电解液穿过隔膜到达负极,与电子结合在一起。此时,负极处于富锂状态,正极处于贫锂状态;放电过程与之相反,Li+从负极脱出进入电解液,穿过隔膜到达正极,与此同时,电子从外电路流向正极,与充电过程相反。电子和Li+都是同时行动,方向相同但是路径不同。正常的充放电过程中,Li+在层状结构电极材料之间不断地嵌入脱出只会导致层面间距的变化,对材料的晶格结构不会造成破坏,因此,锂离子电池可被认为是一种理想的可逆反应。


钠离子电池的充放电机理与锂离子电池相似,是利用Na在正极和负极之间的脱嵌来实现充放电反应。在充电过程中,Na从正极材料中脱出经过电解液穿过隔膜嵌入负极材料,于此同时,电子从外电路到达负极与Na+结合。放电过程与之相反Na+从负极材料中脱出经过电解质透过隔膜到达正极材料与从外电路流向正极材料的电子结合,保证正负极电荷的平衡,从而完成储存的功能。同理,钠离子和锂离子电池的充放电过程中,都不会对电极材料造成破坏。但是,钠离子的半径大于锂离子,化学特性也有所不同。所以,适合锂离子电池的电极材料并不一定适用于钠离子电池。


为深入了解锂/钠电池的异同及目前锂电行业的发展状况,中国粉体网旗下粉体公开课平台将于2021年9月16日下午15:00举办网络直播,届时来自桂林电子科技大学俞兆喆副教授将作《锂离子电池和钠离子电池》报告,汇报人将着重对锂/钠离子电池的结构、原理及其关键材料的异同进行对比分析,介绍锂/钠离子电池用正负极材料的现状及发展趋势。并从目前锂电行业的发展状况出发,对企业技术、专利状况以及未来锂电发展方向做了预判。通过分析国家相关政策和锂电池市场的发展,对锂电池的未来发展进行了展望。




报告人介绍

俞兆喆,博士,研究生导师,副教授,广西中青年骨干教师,新加坡国立大学-深圳大学联合国际实验室博士后,项目特聘研究员。主持国家自然科学基金,教育部工程研究中心重点项目,广西自然科学基金面上项目,广西区创新驱动发展专项 (科技重大专项)子课题,广西科技基地与人才专项,广西智能制造重点实验室项目和企业横向项目等10余项。获授权发明专利10余项,发表SCI论文20余篇,其中SCI一区论文6篇,影响因子大于9的论文2篇。获2021年中国创新创业大赛广西区一等奖,2020年中国创新创业大赛广西区优胜奖。获2021年桂林电子科技大学青年教师讲课比赛一等奖。曾先后就职于深圳市比克电池有限公司和深圳市海洋王发展研究院,分别担任项目研究员和项目经理职务。完成了高安全高倍率动力电池的研发和中试生产工作,开发了超级快充型锂离子电池和超低温极耐寒锂离子电池。


资料来源:

张亚琼. 锂/钠离子电池钼基负极材料的研究


(中国粉体网编辑整理/青黎)


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作者:青黎

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