钠离子电池发展现状
王青贵朱鑫王天华谢军
摘要：随着新能源汽车产业快速发展，市场对电池的需求量增加，锂离子因全球锂资源匮乏未来将无法满足要求。近年来钠离子电池的研发发展迅猛，因其与锂具有非常相似的理化性质得到重视。本文梳理了钠离子电池的工作原理、组成以及目前正極材料和负极材料的发展现状，总结了钠离子电池发展优势并预测了钠离子电池发展趋势。
关键词：钠离子电池正极材料负极材料
DevelopmentStatusofSodium-ionBatteries
WangQingguiZhuXinWangTianhuaXieJun
Abstract：Withtherapiddevelopmentofthenewenergyvehicleindustry，themarketdemandforbatterieshasincreased，andlithium-ionwillnotbeabletomeettherequirementsinthefutureduetothelackofgloballithiumresources.Inrecentyears，theresearchanddevelopmentofsodium-ionbatterieshasdevelopedrapidly，andithasbeenvaluedbecauseofitsverysimilarphysicalandchemicalpropertiestolithium.Thispapersummarizestheworkingprincipleandcompositionofsodium-ionbatteriesandthecurrentdevelopmentstatusofcathodematerialsandanodematerials，summarizesthedevelopmentadvantagesofsodium-ionbatteriesandpredictsthedevelopmenttrendofsodium-ionbatteries.
Keywords：sodium-ionbattery，cathodematerial，anodematerial
自日本索尼公司在上世纪90年代推出锂离子电池，它在消费电子器件、移动电话、电动汽车等领域替代了镍氢电池和镍镉电池，一举成为可充电设备的代表。随着电动汽车发展愈发迅猛，市场需求量不断增大，全球的锂资源将无法满足动力电池的需求。与此同时锂资源原材料价格不断升高，终将阻碍新能源产业的发展。因此，市场亟需开发资源丰富、价格低廉、安全环保、性能优异、适于规模化应用的新型能量储存体系来部分替代锂离子电池，以缓解对锂资源的过渡依赖。从资源的角度而言，钠离子电池将会得到应有的重视，其发展可借鉴锂离子电池的经验。钠元素在地壳中的丰度高达2.64%，远高于锂的0.002%，在全球的分布均衡且广泛，与此相关的基础材料价格低廉、环境友好，更重要的是，同为元素周期表第I主族的钠离子和锂离子，钠的电化学电位是-2.71V，锂的电化学电位是-3.05V，两者分别组装电池的充放电平台电位接近，具有非常相似的理化性质。因此，一部分锂离子电池所积累起来的科学理论和经验可以使钠离子电池的发展少走一些弯路[1-3]。
2钠离子电池的工作原理
钠离子电池工作原理与锂离子电池类似，都是通过钠离子的脱入和嵌出实现电荷转移，见图1。放电时钠离子从负极材料脱出进入正极材料。电路中的电子从负极流向正极，释放能量。充电时钠离子从正极材料脱出，通过电解液进入负极材料。外电路中有电子流入负极材料。理想情况中，充电和放电过程中离子的脱出和嵌入都不应引起材料结构的变化同时不与电解液发生副反应。但在现阶段技术中，由于钠离子半径较大，脱出和嵌入时势必引起材料的结构变化，导致电池循环性能下降，稳定变差。因此需要对材料进行改进以及改性研究，才能大幅提升电池的电化学性能。
3钠离子电池组成
钠离子电池主要有以下两种类型：软包电池和扣式电池。软包电池的特点在于正负极材料负载量高且封装材料为铝塑膜，常见于公司和企业的产品。
试验室常用的扣式电池组成为正极（铝箔集流体+正极浆料），负极（铜箔集流体+负极浆料），正极壳，负极壳，隔膜，电解液，钢片，弹簧片。如图2。正极选择铝箔作为集流体是为防止使用过程中集流体发生氧化反应。负极材料选用铜箔四因为它较为稳定，不参与氧化还原反应。正极和负极壳起到密封作用，防止与外部环境发生反应。隔膜的作用