全固態(tài)鈉離子電池

全固態(tài)鈉電池具有豐富的鈉資源和極高的能量密度，具有廣闊的應(yīng)用前景。全固態(tài)鈉電池因其良好的安全性、不可燃性、良好的熱穩(wěn)定性和低廉的價(jià)格而受到廣泛關(guān)注，在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有巨大的潛力。

然而，實(shí)現(xiàn)ASSB的實(shí)際應(yīng)用仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如缺乏各種固態(tài)電解質(zhì)（SE）、離子電導(dǎo)率低、電荷轉(zhuǎn)移電阻高、SE的界面問(wèn)題以及ASSB中Na枝晶的生長(zhǎng)，金屬Na的應(yīng)用可以提高能量密度，固體電解質(zhì)也可以抑制枝晶的增長(zhǎng)。

電解質(zhì)的發(fā)展一直是制約全固態(tài)電池發(fā)展的最重要因素。在室溫下工作的高性能SE應(yīng)具有高化學(xué)穩(wěn)定性、高離子導(dǎo)電性、良好的機(jī)械特性、界面相容性等。固體電解質(zhì)有三種類(lèi)型，包括固體聚合物電解質(zhì)（SPE）、無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)（ISE）及其復(fù)合物。

 

 

研究最廣泛的是氧化物、硫化物和硼氫化物。ASSB的陰極/電解質(zhì)和陽(yáng)極/電解質(zhì)界面由于機(jī)械剛性接觸而遭受不充分的界面接觸。此外，鈉枝晶的形成需要在A(yíng)SSB中解決。

 

不使用稀有金屬

新能源汽車(chē)市場(chǎng)的普及導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力電池的需求迅速增加。作為動(dòng)力電池的關(guān)鍵原材料，鎳、錳、鈷、鋰等資源自然備受追捧，價(jià)格也在不斷上漲。

特別是對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，在新能源汽車(chē)強(qiáng)勁需求的推動(dòng)下，動(dòng)力電池原材料價(jià)格迅速上漲，尤其是電池級(jí)碳酸鋰。2021年初，其價(jià)格僅為5萬(wàn)元/噸，到2022年 12月，價(jià)格升幅比較大。

稀有金屬電池材料價(jià)格飆升，推動(dòng)電池越來(lái)越貴，新能源車(chē)企的產(chǎn)品利潤(rùn)大幅下降，新能源汽車(chē)補(bǔ)貼有所下降。

最終，新能源車(chē)企仍然走上了漲價(jià)之路，而漲價(jià)的直接后果就是平民買(mǎi)單。

 

 

鈉離子電池

鈉離子電池的研究至少可以追溯到20世紀(jì)70年代，幾乎與鋰離子電池的研發(fā)同時(shí)開(kāi)始。近年來(lái)，隨著鋰資源的短缺，鈉離子電池重新進(jìn)入了人們的視野。

從應(yīng)用前景來(lái)看，鈉離子電池具有廣闊的發(fā)展前景。與鋰電池相比，鈉離子電池具有原料資源豐富、成本低、環(huán)境友好、高低溫性能好、安全性高的優(yōu)點(diǎn)。

在資源方面，鈉的地下儲(chǔ)量排名第六，分布廣泛。鹽湖和海水中含有鈉。鈉離子電池的開(kāi)發(fā)可以有效減少對(duì)鋰資源進(jìn)口的依賴(lài)。

 

 

全固態(tài)電解質(zhì)

1980年，鋰電池之父、美國(guó)科學(xué)家約翰·古德足夠提出了固態(tài)電池的概念，固態(tài)電池被認(rèn)為是電池的終極形式。

與液體電解質(zhì)相比，固體電解質(zhì)具有許多優(yōu)點(diǎn)。

首先，電池的安全性得到了很大的提高，因?yàn)楣腆w電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，并且不會(huì)形成泄漏，也不會(huì)受到鋰枝晶擊穿而使電池短路的影響，這大大提高了電池的安全。

在提高安全性的前提下，可以嘗試使用能量更大的正極和負(fù)極。例如，負(fù)極材料可以直接使用金屬鋰，從而提高整個(gè)電池的能量密度。

此外，固態(tài)電池不需要電解質(zhì)和隔膜，這大大簡(jiǎn)化了電池結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了電池的輕量化，這是鋰電池的未來(lái)方向。

 

不使用稀有金屬的全固態(tài)鈉離子電池的優(yōu)點(diǎn)

高安全性

電池材料完全由無(wú)機(jī)氧化物組成，因此在使用和制造過(guò)程中無(wú)需擔(dān)心火災(zāi)或有毒物質(zhì)。

出色的電池性能

?利用玻璃的軟化流動(dòng)性，將正極和負(fù)極與固體電解質(zhì)結(jié)合，以提高離子導(dǎo)電性。

?固體電解質(zhì)具有良好的循環(huán)特性。

?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)開(kāi)發(fā)高電位活性材料來(lái)制造高能量密度電池。

 

2019年，Nippon Electric glass發(fā)表的關(guān)于全固態(tài)鈉電池的論文《由焦磷酸鈉玻璃陶瓷陰極和β〃-氧化鋁固體電解質(zhì)復(fù)合材料組成的無(wú)壓全固態(tài)鈉離子電池》發(fā)表在《美國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)雜志》上。

2021，日本電氣玻璃公司宣布開(kāi)發(fā)結(jié)晶玻璃陽(yáng)極材料，該材料已成功應(yīng)用于全固態(tài)鈉電池。該電池以豐富的鈉和鐵資源為材料，輸出電壓為3V，具有與鋰離子二次電池相當(dāng)?shù)母邔?shí)用性。