鈉離子電池與鋰離子電池相比較

　　鈉離子電池與鋰離子電池的對(duì)比。鋰離子電池本身也開始面臨著增長(zhǎng)的極限，尤其是使用壽命與能量密度的提高越來越困難，所以尋找新的替代技術(shù)有了天然的需求。鈉資源豐富，開采費(fèi)用僅為鋰的百分之一，因而鈉離子電池的研發(fā)成為科研人員爭(zhēng)相開發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

　　鈉離子電池與鋰離子電池的對(duì)比：

　　在尋找鋰電池替代品方面，科學(xué)家們一直在努力，現(xiàn)在，鈉離子電池成為一個(gè)新的有前景落地的方向。鋰離子電池現(xiàn)在可謂是風(fēng)頭正勁，集萬千寵愛于一身，但是在這熱鬧之下，一場(chǎng)危機(jī)正在醞釀，鋰離子電池的近親——鈉離子電池正在醞釀奪權(quán)。

　　鈉離子電池：鈉離子電池是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作，與鋰離子電池工作原理相似。在充放電過程中，Na+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫出：充電時(shí)，Na+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極；放電時(shí)則相反。

　　鈉離子電池最主要的特征就是利用Na+代替了價(jià)格昂貴的Li+，因此正極材料、負(fù)極材料和電解液等都要做相應(yīng)的改變，適應(yīng)Na離子電池。相比于鋰元素，鈉元素在地殼中的儲(chǔ)藏量十分豐富，獲得Na元素的方法也十分簡(jiǎn)單，因此相比于鋰離子電池，鈉離子電池在成本上將更加具有優(yōu)勢(shì)。

　　目前鈉離子電池最大的難點(diǎn)是尋找一款穩(wěn)定的鈉離子電池負(fù)極材料，傳統(tǒng)的鋰離子電池負(fù)極材料——石墨，能夠與Li結(jié)合，形成LiC6結(jié)構(gòu)的化合物，理論比容量為372mAh/g，但是石墨僅能儲(chǔ)存十分有限的Na離子，這可能是由于Na會(huì)首先在石墨表面形成鍍層，而不是與石墨形成化合物。

　　鈉離子電池雖然能量密度不及鋰離子電池，但是由于Na資源豐富，且十分容易獲得，加之目前碳酸鋰價(jià)格高漲，因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，Na離子電池仍然具有十分廣泛的應(yīng)用前景，在一些對(duì)能量密度要求不高的領(lǐng)域，例如電網(wǎng)儲(chǔ)能、調(diào)峰，風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能等方面還是具有應(yīng)用前景的。

　　與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有下列優(yōu)勢(shì)：

　　首先，與鋰相比，鈉具有相似的理化性質(zhì)，且儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉；

　　其次，原理上，鈉離子電池的充電時(shí)間可以縮短到鋰離子電池的1/5；

　　第三，由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液，可降低成本；

　　第四，鈉離子不與鋁形成合金，負(fù)極可采用鋁箔作為集流體，可降低成本和電池重量。

　　據(jù)了解，目前鈉離子電池的能量密度只能達(dá)到120瓦時(shí)/公斤。所以，在能量密度這一技術(shù)指標(biāo)上，鈉離子電池還不能與鋰離子電池相提并論，因?yàn)殇囯姵氐哪芰棵芏?00瓦時(shí)/公斤以上。

　　從能量密度的角度來說，現(xiàn)在的鈉離子電池只能達(dá)到鋰電池的一半以下，因此鈉離子電池目前只能用在低速電動(dòng)車、電動(dòng)船、家庭儲(chǔ)能等對(duì)能量密度要求較低的領(lǐng)域，目前還不能用鈉電池做出高速電動(dòng)汽車。

　　鋰電池和鈉電池的區(qū)別主要有：

　　1、電池內(nèi)部電荷載體的不同，鋰離子電池是通過鋰離子在正負(fù)極之間移動(dòng)、轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)充放電的，而鈉離子電池則是由鈉離子在正負(fù)極之間的嵌入、脫出實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移的，其實(shí)二者的工作原理是相同的。

　　2、兩者離子半徑不同，這半徑差別導(dǎo)致鈉離子電池的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及鋰離子電池；鋰離子的負(fù)極可以使石墨，但是鈉離子幾乎不能再石墨中脫嵌/嵌入，容量很?。黄渌疾牧辖?jīng)過處理最多可以達(dá)到差不多300多毫安時(shí)；離子在正極中的容量很小，只有一百多毫安時(shí)；鈉離子在正負(fù)極中嵌入/脫嵌阻力很大，源于半徑大；可逆性差，不可逆容量損失大。

　　鈉離子電池是未來儲(chǔ)能電池的重要發(fā)展方向之一。隨著鈉離子研發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鈉離子電池的商業(yè)化進(jìn)程會(huì)不斷加快，也許提前布局這一領(lǐng)域有望在新能源電池領(lǐng)域搶得先機(jī)。當(dāng)然現(xiàn)在說鈉離子電池取代鋰電池似乎為時(shí)尚早。

　　因此，仍有諸多問題亟待解決，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高安全性、低成本、高能量、高功率密度和長(zhǎng)壽命的目標(biāo)，方能實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化。

　　鈉離子電池原理

　　鈉離子電池（Sodium-ion battery），是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作，與鋰離子電池工作原理相似。

　　在充放電過程中，Na+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫出：充電時(shí)，Na+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極；放電時(shí)則相反。新款18650鈉離子電池，借助了鈉離子轉(zhuǎn)移（而不是鋰離子）來存儲(chǔ)和釋放電能。

　　研究人員將這種特定的材料定位商業(yè)機(jī)密，LITEN合作研究員Lo?c Simonin指出：“其能量密度可與磷酸鐵鋰等鋰離子電池相匹敵”。

　　鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰鹽而言儲(chǔ)量更豐富，價(jià)格更低廉。由于鈉離子比鋰離子更大，所以當(dāng)對(duì)重量和能量密度要求不高時(shí)，鈉離子電池是一種劃算的替代品。

　　與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有的優(yōu)勢(shì)有：（1）鈉鹽原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；（2）由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液（同樣濃度電解液，鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液20%左右）降低成本；（3）鈉離子不與鋁形成合金，負(fù)極可采用鋁箔作為集流體，可以進(jìn)一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；（4）由于鈉離子電池?zé)o過放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優(yōu)勢(shì)明顯，有望在大規(guī)模儲(chǔ)能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。