中南大学唐有根：钠离子电池材料与全电池研究开发

报告主题：《钠离子电池材料与全电池研究开发》

汇报人：中南大学教授、化学电源与材料研究所所长、湖南省电池行业协会会长唐有根教授

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核心观点

我国锂资源比较缺乏，全球70%的锂资源在南美洲。目前，我国80%以上的锂需要进口，这将给动力电池产业链生产造成很大的风险。锂资源的紧缺，令其售价也水涨船高；此外，锂电池的自燃、自爆事件时有发生，关于锂离子电池的安全与可靠性问题，也一直都是新能源行业最为重视的课题。

在这样的前提下，市场需要一种不受资源限制，同时安全又有保障的新型电池体系。虽然钠离子电池能量密度略低，但在资源、成本、安全性、功率性能、低温性能等方面具有较大优势，且生产工艺兼容，可与锂离子电池形成互补，应用前景广阔。

钠离子电池与锂离子电池一样由正负极材料、电解液、负极集流体、隔膜组成，所以，钠离子电池制备上也会面临挑战，如：离子半径大、摩尔质量大、能量密度低、负极首次库仑效率不佳等。针对这些问题，唐有根教授介绍了三个解决途径：

• 正负极材料结构及界面调控，提升电池的能量密度与倍率性能

• 开发补钠添加剂，提升钠离子全电池的可逆容量和能量密度

• 开发新型电解液及添加剂，提高负极材料的首次库伦效率

从性能、产业链、产品、标准制定等角度来看，钠离子电池目前尚处于商业化早期，距离规模化应用尚需时日。但钠电池和锂电池制造工艺接近，设备可以沿用，通过头部企业的推动，钠离子电池预计未来 3-5 年可实现规模化成熟应用。

02

热点问题及解答

唐有根教授：近年来，稀有金属和锂资源的价格不断创下历史新高，钠离子电池就是针对这些资源瓶颈推出的，生产过程中也不需要钴或类似的稀有物质，因此具有很大的成本和资源优势。

唐有根教授：从现在大量的资本和研究力量的投入来看，估计可能 3~5 年会有大规模商业化的应用，关键还在于需要一个完整的产业链配套。

唐有根教授：现在硬碳材料最大的问题还是成本。目前，在市场上购买少量的硬碳，价格在20 万/吨，批量购买也要 10 万/吨，成本比较高。我们的团队采用生物质来制备硬碳，也是从成本上去考虑的。我们也正在进行产业化的放大，从实验室的结果来看是非常好的，如果放大以后能达到在实验室的水平，那么我们制备的硬碳具有很大的优势。

唐有根教授：三种材料都有各自的优缺点。普鲁士蓝存在结晶水难以除去的问题，容量方面也不具有优势。聚阴离子容量比较高，但制造成本偏高，所以各有优缺点。就像锂电一样，三元材料能量密度高，成本也高的。铁锂磷酸铁锂安全性能好，能量明显偏低一点，所以钠电池的正极材料同样未来应该会并存发展。

唐有根教授：有相关企业和研究团队做过安全对比实验，得到的结论钠离子电池的安全性要好于锂离子电池，在短路情况下钠离子电池的瞬间发热量少、温升较低。充放电截止电压在不同材料体系里电压是有差别的，比如三元锂电池 3.7 伏，磷酸铁锂电池只有 3.2 伏。

唐有根教授：这个可以根据具体情况讨论，我们团队还是有些有特色、有优势的正极补钠技术，也获得了专利授权。

Q7：水系钠离子电池目前的发展是什么样的？未来的发展前景如何？

Q8：与锂电池相比，钠离子电池的低温性能更突出，请问唐教授的课题组有做过与钠离子电池低温性能相关的工作吗？

Q9：目前硬碳的主要选取什么材料作为碳源？软碳目前有无合适的方法加工成硬碳？

Q10：可以跟唐教授一起合作进行工业化应用吗？

Q11：钠离子电池是通过何种方式进入硬碳封闭孔中的？

Q12：木材结构和生物质结构的硬炭，与沥青树脂、石油焦树脂相比，有什么劣势？

Q13：钠离子固态电池现在有研究吗？

Q14：未来钠离子电池在储能领域是否会全面替代锂电池？

Q15：请问镍钠电池会什么关注的人较少？

Q16：钠离子电池应用场景是动力电池还是储能？

Q17：随着全球电动化的趋势，您觉得现在三元电池的材料使用会枯竭吗，比如锂钴镍

……

更多问题及解答均在《【院士专家观点】-钠离子电池材料与全电池研究开发》

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封面来源：图虫创意