钠电池的最新进展介绍

2015年6月3日，由国家能源局指导，中关村储能产业技术联盟（CNESA）与杜塞尔多夫展览（上海）有限公司共同主办的“储能国际峰会2015”在北京召开。在储能技术分论坛上，中国科学院物理研究所研究员胡勇胜发表主题演讲，以下为演讲内容。

中国科学院物理研究所研究员胡勇胜：

很高兴能借此机会向大家介绍一下我们在钠离子电池方面的相关研究。二次电池的一个重要应用领域就是电动汽车，对于锂离子电池能不能应用在大规模储能中，国际上还有一些争议。

对于储能电池来说，与动力电池相比有自身的特点，也就是更关注循环寿命和低成本，对能量密度的追求不是特别苛刻。从资源角度来讲，锂不是非常丰富的元素，因此让锂离子电池同时做电动汽车和储能，对原材料的压力会非常大，因此就需要寻找新的体系，钠是一种比较好的选择。钠与锂是同一族元素，具有相似的物理化学性能。

除了资源丰富外，钠有自身的特点，首先钠的原子量比较重，钠离子电池不论是重量还是体积能量密度，都比锂离子电池低。钠离子电池的工作原理与锂离子电池相同。从20世纪80年代开始，已经有人开始钠离子电池方面的研究，90年代锂离子电池商业化成功后，很多研究转向了锂离子电池。现在，由于大规模储能的驱动，大家有重新开始研究钠离子电池。

2011年5月，我们研究所开始了钠离子电池的相关研究，包括正极和负极材料。下面主要介绍一下氧化物正极材料。

钴酸锂和三元材料都属于高材料体系，钠离子电池半径比较大，有两种结构，其中一种是根据钠的环境以八面体形式存在。另外，钠材料的循环性非常好。

在实际的电池应用中，含钠和含锂是不一样的，因为钠会吸水。我们通过设计加速老化实验，将材料老化后直接扔进水里，发现电池结构也会老化。另外，含钠的氧化物材料都含有镍，锂离子电池用的材料都是含镍材料，在成本上没有任何优势。

在研究过程中，我们一直在寻找新的氧化物来代替镍和钴，比如铁、锰等材料，但是通过实验发现动力比较差，然后我们对含铜氧化物做了探索。我们基于铜的电堆设计了新材料，将铜含量控制在1/3，用部分铁取代铜，提高钠含量，得到在空气中稳定的PR材料。从材料看，所有元素都是无毒的，而且成本低廉。氧化铜的成本一顿大约4.2万元，如果使用铜、铁、锰，成本优势非常明显。

我们通过对钠离子电池进行全面组装，得到了工作电压3.5伏，能量转换效率约为85%。而后我们继续改进材料，组件了钠离子全电池，将能量转换效率提升到90%。目前我们正在做软膜电池，正在进行相关的性能评价。

在电池中加入铜，可以提高材料的电磁，另外含铜系列的化合物不怕水，在空气中非常稳定，这对电池应用来说非常重要，因为材料吸水会遇到一系列的问题，会增加规模化生产成本。

最后总结一下，钠离子电池面向的应用领域是大规模储能，目前很多钠离子材料在空气中不是很稳定，我们的研究就是未来发现新的氧化物、构建新型氧化物。感谢大家！