12日從中科海鈉獲悉，中國科學家針對鈉離子電池進行相關(guān)研究，并于近日在頂級學術(shù)刊物《Science》發(fā)表相關(guān)成果。該研究提出一種預測鈉離子層狀氧化物構(gòu)型的方法，并在實驗上證實其有效性，將為設(shè)計制備低成本、高性能鈉離子電池層狀氧化物正極材料提供理論指導。

這篇論文是由中國科學院物理研究所研究員、中科海鈉創(chuàng)始人兼董事長胡勇勝主導撰寫。中國科學院物理研究所副研究員陸雅翔、法國波爾多大學教授Claude Delmas、荷蘭代爾夫特理工大學教授Marnix Wagemaker等參與研究。

胡勇勝介紹說，隨著全球化學電池市場的快速發(fā)展和人們對環(huán)境問題的日益重視，二次電池(又稱可充電電池或蓄電池)這種能實現(xiàn)電能與化學能轉(zhuǎn)化的新型儲能技術(shù)受到廣泛關(guān)注。鋰離子電池雖然已成為占據(jù)全球電化學儲能規(guī)模市場份額的“絕對一哥”，但由于其資源的稀缺性和較高昂成本，產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨“天花板”。資源儲量豐富、成本低廉的鈉離子電池便成為極佳補充。

“然而，鈉離子電池的性能卻受到可用電極材料的限制，尤其是以層狀氧化物材料為主的正極材料的限制。”他解釋說，鈉離子層狀氧化物具有O和P兩種構(gòu)型，但目前的技術(shù)手段僅可實現(xiàn)對合成出的材料進行物理表征以確定具體構(gòu)型，無法直接預測材料的堆積結(jié)構(gòu)，這嚴重阻礙了層狀氧化物正極材料的性能設(shè)計和新型正極材料的發(fā)現(xiàn)。

胡勇勝說，過去幾年里，中科院物理研究所和中科海鈉團隊就鈉離子層狀氧化物兩種構(gòu)型形成的影響因素展開了大量實驗研究，并積極探索其在鈉離子電池應(yīng)用中的場景落地。其中在2016年，中國科學院物理研究所博士戚興國創(chuàng)新性地引入等效半徑的概念來預測堆疊機構(gòu)。

此次，研究者們引入“陽離子勢”來表示陽離子電子密度及其極化率的程度，捕捉層狀材料的關(guān)鍵相互作用，使預測堆積結(jié)構(gòu)成為可能。通過合理設(shè)計和制備具有改良性能的層狀電極材料，證明了堆疊結(jié)構(gòu)決定材料的特性，為堿金屬層狀氧化物的設(shè)計提供了有效解決方案。

“一般而言，O3相正極材料具有較高的初始Na含量，能夠脫出更多的鈉離子，具有較高的容量，適用于低速電動車、大規(guī)模儲能領(lǐng)域;P2相正極材料具有較大的Na層間距，能夠提升鈉離子的傳輸速率和保持層狀結(jié)構(gòu)的完整性，具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，在充電樁、調(diào)頻、數(shù)據(jù)中心等快充場景應(yīng)用更具優(yōu)勢。”胡勇勝說。

他還表示，中科海鈉成立三年以來實現(xiàn)了鈉離子電池的大規(guī)模量產(chǎn)，月產(chǎn)能突破30萬只，希望同更多行業(yè)內(nèi)研究機構(gòu)及企業(yè)展開交流合作，推動鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。(記者 張素)

關(guān)鍵詞： 鈉離子電池論文