锂钠同族，物化性质有类似之处
锂、钠、钾同属于元素周期表ⅠA 族碱金属元素，在物理和化学性质方面有相似之处，理论上都可以作为二次电池的金属离子载体。
锂的离子半径更小、标准电势更高、比容量远远高于钠和钾，因此在二次电池方面得到了更早以及更广泛的应用。
但锂资源的全球储量有限，随着新能源 汽车 的发展对电池的需求大幅上升，资源端的瓶颈逐渐显现，由此带来的锂盐供需的周期性波动对电池企业和主机厂的经营造成负面影响，因此行业内部加快了对资源储备更加丰富、成本更低的电池体系的研究和量产进程，钠作为锂的替代品的角色出现，在电池领域得到越来越广泛的关注。
综合性能优于铅酸电池，能量密度是短板
钠离子电池与锂离子电池工作原理类似。与其他二次电池相似，钠离子电池也遵循脱嵌式的工作原理，在充电过程中，钠离子从正极脱出并嵌入负极，嵌入负极的钠离子越多，充电容量越高；放电时过程相反，回到正极的钠离子越多，放电容量越高。
能量密度弱于锂电，强于铅酸。
在能量密度方面，钠离子电池的电芯能量密度为100-160Wh/kg，这一水平远高于铅酸电池的30-50Wh/kg，与磷酸铁锂电池的120-200Wh/kg相比也有重叠的范围。
而当前量产的三元电池的电芯能量密度普遍在200Wh/kg以上，高镍体系甚至超过 250Wh/kg，对于钠电池的领先优势比较显著。
在循环寿命方面，钠电池在3000次以上，这一水平也同样远远超出铅酸电池的300次左右。
因此，仅从能量密度和循环寿命考虑，钠电池有望首先替代铅酸和磷酸铁锂电池主打的启停、低速电动车、储能等市场，但较难应用于电动 汽车 和消费电子等领域，在这两大领域锂电仍将是主流选择。
安全性高，高低温性能优异。
钠离子电池的内阻比锂电池高，在短路的情况下瞬时发热量少，温升较低，热失控温度高于锂电池，具备更高的安全性。因此针对过 充过 放、短路、针刺、挤压等测试，钠电池能够做到不起火、不爆炸。
另一方面，钠离子电池可以在-40 到80 的温度区间正常工作，-20 的环境下容量保持率接近90%，高低温性能优于其他二次电池。
倍率性能好，快充具备优势。
依赖于开放式3D结构，钠离子电池具有较好的倍率性能，能够适应响应型储能和规模供电，是钠电在储能领域应用的又一大优势。
在快充能力方面，钠离子电池的充电时间只需要10分钟左右，相比较而言，目前量产的三元锂电池即使是在直流快充的加持下，将电量从20%充至80%通常需要30分钟的时间，磷酸铁锂需要45分钟左右。
资源端：克服锂电瓶颈
锂电池面临资源瓶颈，钠资源相对丰富。锂的地壳资源丰度仅为。
根据美国地质调查局的报告，随着锂矿资源勘探力度增加，2020年全球锂矿储量提高到 2100万吨锂金属当量（折合碳酸锂亿吨），同比增长；若按照每辆电动车使用50kg碳酸锂测算且不考虑碳酸锂的其他下游市场，当前锂储量仅能够满足20亿辆车的需求，因此存在资源端的瓶颈。
分区域看，全球主要锂矿资源国锂储量均有不同程度的提高，澳大利亚和中国增加较多，其中澳大利亚锂储量由2019年的280万吨提高到470万吨锂金属当量，而2020年中国锂储量则大幅提升50%至150万吨锂金属当量。
总体来看，智利和澳大利亚仍为全球前两大锂资源拥有国，2020年分别约占全球锂资源储量的和。
与之相比，钠资源的地壳丰度为，是锂资源的440倍，同时分布广泛，提炼简单，钠离子电池在资源端具有较强的优势。
锂价上涨带来企业成本端的扰动。
从短期来看，由于2021年开始锂的需求增长，而上游锂矿供给有所收缩以及去库存，锂矿以及锂盐价格在2020年见底，2021年上半年价格回升幅度较大；从长期来看，锂资源存在产能瓶颈引发市场对于锂价中枢上移的预期。
对于企业来说，长期稳定的原材料价格对于自身的正常经营意义重大，锂价的持续上涨可能加速企业寻找性价比更高的替代品的进程。
中国锂资源对外依存度较高。
中国锂矿主要分布在青海、西藏、新疆、四川、江西、湖南等省区，形态包括锂辉石、锂云母和盐湖卤水。
受制于提锂技术、地理环境、交通条件等客观因素，长期以来中国锂资源开发较慢，主要依赖进口；近年来随着下游需求增长以及技术进步，中国锂资源开发进度有所加速。
在不考虑库存下，2020年中国锂行业对外资源依赖度超70%，维持较高水平。
发展钠离子电池具备战略意义。
中国大力发展新能源 汽车 的目的除了降低碳排放、解决环境问题之外，减少对传统化石燃料的进口依赖也是重要原因之一。
因此，若不能有效解决资源瓶颈问题，发展电动车的意义就会打一定折扣。
除了锂资源外，锂电池其他环节如钴和镍也面临进口依赖以及价格大幅波动的难题，因此发展钠离子电池具备国家层面的战略意义。
2020年，美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系；欧盟储能计划“电池 2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位，欧盟“地平线2020研究和创新计划”更是将钠离子材料作为制造用于非 汽车 应用耐久电池的核心组件重点发展项目；国内两部委《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出坚持储能技术多元化，加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范。
钠离子电池已经受到越来越多国家的关注和支持。
材料端：凸显成本优势
正极材料
正极材料使用钠离子活性材料，选择呈现多样化。
正极材料是决定钠离子电池能量密度的关键因素，目前研究和有量产潜力的材料包括过渡金属氧化物体系、聚阴离子（磷酸盐或硫酸盐）体系、普鲁士蓝（铁氰化物）体系三大类。
过渡金属氧化物为当前正极材料主流选择。
层状结构过渡金属氧化物2（M 为过渡金属元素）具有较高比容量以及其与锂电池的正极材料在合成以及电池制造方面的许多相似性，是钠离子电池正极材料有潜力得到商业化生产的主流材料之一。
然而，层状结构过渡金属氧化物在充放电过程中易发生结构相变，在长循环和大电流充放电中容量衰减严重，使其具有较低的可逆容量及较差的循环寿命。
常见的改善手段主要有体相掺杂、正极材料表面包覆等。
中科海钠采用了P2型铜基层状氧化物（），显著提升正极材料的容量水平，并且电池能量密度达到145Wh/kg；
钠创新能源采用的O3型铁酸钠基三元氧化物（）具有较高的克容量（超过130mAh/g）和良好的循环稳定性；
英国Faradion公司采用镍基层状氧化物材料，电池能量密度超过140Wh/kg。
磷酸钒钠是研究的主流方向之一。
聚阴离子型化合物 , Na[() ] (M 为可变价态的金属离子如Fe、V等，X为P、S等元素)，具有较高电压、较高理论比容量、结构稳定等优点，但电子电导率低，限制了电池的比容量和倍率性能。
目前业界研究最多材料的主要包括磷酸铁钠、磷酸钒钠、硫酸铁钠等，并通过碳包覆以及参入氟元素提升导电性以及容量。
钠创新能源将磷酸钒钠作为重点研发的钠电池正极材料之一，中科院大连物化所已实现三氟磷酸钒钠的高效合成和应用。
普鲁士蓝材料具有更高的理论容量。
普鲁士蓝类材料，Na[()6] (为 Fe、Mn、Ni 等元素)具有开框架结构 , 有利于钠离子的快速迁移；理论上能够实现两电子反应，因此具有高的理论容量。
但在制备过程中存在结构水含量难以控制等问题，并且容易发生相变以及与电解质产生副反应导致循环性能变差。
辽宁星空钠电致力于 （CN）6的产业化研究，理论容量高达170mAh/g； 宁德时代采用普鲁士白（Nan[Fe()6]）材料，创新性地对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题。
钠离子电池在材料端拥有显著的成本优势。
由于碳酸钠价格远低于碳酸锂，并且钠离子电池正极材料通常使用铜、铁等大宗金属材料，因此正极材料成本低于锂电池。
根据中科海钠官网数据，使用NaCuFeMnO/软碳体系的钠电池的正极材料成本仅为磷酸铁锂/石墨体系的锂电池正极材料成本的40%，而电池总的材料成本较后者降低 30%-40%。
负极材料
钠离子电池负极材料主要包括碳基材料（硬碳、软碳）、合金类（Sn、Sb等）、过渡金属氧化物（钛基材料）和磷酸盐材料等。
钠离子半径大于锂离子，难以嵌入石墨类材料，因此锂电池传统的石墨负极并不适用于钠电池。
合金类普遍体积变化较大，循环性能较差，而金属氧化物和磷酸盐材料容量普遍较低。 无定形碳为钠电池主流材料。
在已报道的钠离子电池负极材料中，无定型碳材料以其相对较低的储钠电位，较高的储钠容量和良好的循环稳定性等优点而成为最具应用前景的钠离子电池负极材料。
无定型碳材料的前驱体可分为软碳和硬碳前驱体，前者价格低廉，在高温下可以完全石墨化，导电性能优良；后者价格较高（10-20万元/吨），在高温下不能完全石墨化，但其碳化后得到的碳材料储钠比容量和首周效率相对较高。
以亚烟煤、烟煤、无烟煤为代表的煤基材料具有资源丰富、廉价易得、产碳率高的特点，采用煤基前驱体制备出的钠离子电池负极材料，储钠容量约220mAh/g，首周效率可达80％，是目前最具性价比的钠离子电池碳基负极材料；但该类材料存在微粉多、振实密度低、形状不规则等特性，在电芯生产过程中不利于加工。
中科海钠以亚烟煤、褐煤、烟煤、无烟煤等煤基材料为主体，沥青、石油焦、针状焦等软碳前驱体为辅材，提出一种能够改善煤基钠离子电池负极材料的加工性能和电化学性能的方法，制备工艺简单、成本低廉，能够得到微粉含量低、振实密度高的电池负极材料。
宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料，其具有易脱嵌、优循环的特性；比容量高达350mAh/g，与动力类石墨水平相当。
电极集流体皆为铝箔，成本更低。
在石墨基锂离子电池中，锂可以与铝反应形成合金，因此铝不能用作负极的集流体，只能用铜替代。
钠离子电池的正负极集流体都为铝箔，价格更低；根据中科海钠官网数据，使用 NaCuFeMnO/软碳体系的钠电池的集流体（铝-铝）成本仅为磷酸铁锂/石墨体系的锂电池集流体（铝-铜）成本的20%-30%。
集流体是除正极外，材料成本与锂电池差异最大的环节。
电解液
和锂离子电池相似，钠离子电池电解质主要分为液体电解质、固液复合电解质和固体电解质三大类。
一般情况下 , 液体电解质的离子电导率高于固体电解质。
在溶剂层面，酯类和醚类电解液是最常用的两种有机电解液，其中酯类电解液是锂离子电池体系的主要选择，因为其可以有效地在石墨负极表面进行钝化且高电压稳定性优于醚类电解液。
对于钠离子电池：
首先，目前主流的研发机构依然沿用了酯类溶剂，如PC、EC、DMC、EMC等，针对不 同的正负极和功能配方有所不同，且 PC 的用量占比高于锂电池；
其次，由于在醚类电解液中钠离子和醚类溶剂分子可以高度可逆地发生共插层反应，且有效地在负极材料表面构建稳定的电极/电解液界面，所以受到越来越广泛的关注和研究；
最后，水系电解液也是新的研究领域之一，以水为电解液溶剂替代传统有机溶剂，更加环保安全且成本低。
在电解质层面，锂盐将换成钠盐，如高氯酸钠（NaClO4）、六氟磷酸钠（NaPF6）等。
在添加剂层面，传统通用添加剂体系没有发生明显变化，如FEC在钠离子电池中依然被广泛应用。
其他
隔膜方面，钠离子电池和锂电池技术类似，对孔隙率的要求或有一定差异。
外形封装方面，钠离子电池也包括圆柱、软包和方形三种路线。
根据各家官网显示，中科海钠主要为圆柱和软包路线，钠创新能源则三种技术路线都有。
设备工艺方面，与锂电池区别不大，有利于钠电池沿用现成设备和工艺快速投入商业化生产。
规模化生产后成本有望低于元/Wh。
当前由于产业链缺乏配套、缺乏规模效应，钠离子电池的实际生产成本在1元/以上；政策的支持和龙头企业大力推广有望加速产业化进程，若达到当前锂电池的市场体量，成本有望降至元/Wh，与锂电池相比具备优势。
钠离子电池重回舞台，研究热度升温
钠离子电池的研究始于1970年左右，最初与锂离子电池都是电池领域科学家研究的重点方向。
20世纪80年代，锂离子的正极材料研究首先取得突破，以钴酸锂为代表，和由石墨构成的负极材料组合，让锂电池获得了极佳的性能；让两者真正分野的是索尼在1991年成功将锂电池商用化并首先应用于消费电子领域。
锂电池商用化的顺利进行反向抑制了钠离子电池技术路线的发展，当时商用的锂离子电池循环寿命能达到钠离子电池的10倍左右，两种电池的产品性能表现相去甚远，锂离子电池获取了科学家和资本、产业的绝对关注。
2010年之后，由于大规模储能市场的场景逐渐清晰以及产业界对未来锂资源可能面临供给瓶颈的担忧，钠离子电池重新进入人们的视野。
之后十年时间，全球顶尖的国家实验室和大学先后大力开展钠离子电池的研发，部分企业也开始跟进。
包括国际代表Faradion公司、国内代表机构中科海钠和钠创新能源以及锂电池代表企业宁德时代等。
Faradion英国牛津大学主导的Faradion公司成立于2011年，是全球首家从事钠离子电池研究的公司，15年开发出电池系统，材料为层状金属氧化物和硬碳体系。
之后多个国家也成立了相关机构和公司，例如法国科学院从15年开始开发磷酸钒钠电池，夏普北美研究院几乎同时开发长循环寿命的钠电池。
中科海钠
中科海钠成立于2017年，是国内首家专注于钠离子电池研发的公司，公司团队主要来自于中科院物理化学研究所。
2017年底，中科海钠研制出48V/10Ah钠离子电池组应用于电动自行车；2018年9月，公司推出首辆钠离子电池低速电动车；
2019年3月，公司自主研发的30kW/100kWh钠离子电池储能电站在江苏省溧阳市成功示范运行；2020年9月，公司钠离子电池产品实现量产，产能可达30万只/月；
2021年3月，公司完成亿元级 A 轮融资，用于搭建年产能2000吨的钠离子电池正、负极材料生产线；2021年6月，公司全球首套1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运营。
在材料体系方面，正负极材料分别选用成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软碳，电芯能量密度已接近 150 Wh/kg, 循环寿命达4000次以上，产品主要包括钠电池以及负极、电解液等配套材料。
钠创新能源
钠创新能源诞生于2018年，由上海电化学能源器件工程技术研究中心、上海紫剑化工 科技 有限公司和浙江医药股份有限公司共同发起成立，技术团队主要来自于上海交通大学。
2019年4月，正极材料中试线建成并满负荷运行；2020年10月，公司二期生产规划基地建设；2021年7月，公司与爱玛电动车联合发布电动两轮车用钠离子电池系统。
在材料体系方面，公司在铁酸钠基三元氧化物方面研究较为深入，产品主要包括钠电池以及铁基三元前驱体、三元材料、钠电电解液等。
宁德时代
宁德时代从2015年开始研发钠离子电池，研发队伍迅速扩大；2020年6月，公司宣布成立21C创新实验室，中短期主要方向为锂金属电池、固态锂电池和钠离子电池；
2021年7月，公司推出第一代钠离子电池，采用普鲁士白/硬碳体系，单体能量密度高达 160Wh/kg；常温下充电15分钟，电量可达80%以上；
在-20 C低温环境中，也拥有90%以上的放电保持率；系统集成效率可达80%以上，热稳定性远超国家强标的安全要求；
公司表示下一代钠离子电池能量密度研发目标是200Wh/kg以上。
在系统创新方面，公司开发了 AB 电池系统解决方案，即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭，集成到同一个电池系统里，通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。
AB电池系统解决方案既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板，也发挥出了它高功率、低温性能好的优势；以此系统结构创新为基础，可为锂钠电池系统拓展更多应用场景。公司已启动相应的产业化布局，计划2023年形成基本产业链。
剑指储能和低速车市场，潜在市场空间大
预计2025年钠离子电池潜在市场空间超200GWh。
根据上文分析，钠离子电池有望率先在对能量密度要求不高、成本敏感性较强的储能、低速交通工具以及部分低续航乘用车领域实现替代和应用。
暂不考虑电池系统层面的改进（如锂钠混搭）对应用场景的拓展，2020年全球储能、两轮车和A00车型装机量分别为14/28/，预计到2025年三种场景下的电池装机量分别为180/39/31GWh，对应2025年钠离子电池潜在市场空间为250GWh。
钠离子电池作为二次电池重要的技术路线之一，在当前对上游资源紧缺度和制造成本的关注度逐步升温的情况下，凭借资源端和成本端的优势重新得到市场的广泛关注。
但由于钠离子电池本身能量密度较低且提升空间有限，因此在行业内更多地扮演新能源细分领域替代者的角色，有望率先在对能量密度要求不高、成本敏感性较强的储能、低速交通工具以及部分低续航乘用车领域实现替代和应用，对中高端乘用车市场影响十分有限。
在龙头企业的推动下，钠离子电池的产业化进程有望加速。
行业公司：
1）布局钠离子电池相关技术的传统电池和电池材料企业。
尽管技术路线有差异，但传统的锂电龙头企业在资金和研发方面优势明显，对各种技术路线具有较高的敏感性，对钠离子电池相关技术也多有布局。
宁德时代、鹏辉能源，公司在钠电领域皆保持长期的研发投入，后者预计21年年底电池量产；杉杉股份、璞泰来、新宙邦，关注欣旺达、容百 科技 、翔丰华，上述公司在钠电池或材料领域皆有专利或研发布局。
2）投资钠离子电池企业的公司。
华阳股份，公司间接持有中科海钠的股权；浙江医药，公司持有钠创新能源40%的股权。
3）产业链重塑带来的机会。
钠离子电池的起量将带动正负极、电解液锂盐技术路线的变更，新的优秀供应商将脱颖而出。
华阳股份，公司与中科海钠既有股权关系，又有业务合作，生产的无烟煤是海钠煤基负极的重要原料之一，并且与后者合资建设正负极材料项目；中盐化工、南风化工，公司具备上游钠盐储备。
1）钠离子电池技术进步或成本下降不及预期的风险：
钠离子电池的产业化还处于初期阶段，若技术进步或者成本改善的节奏慢于预期，将影响产业化进程，导致其失去竞争优势。
2）企业推广力度不及预期的风险：
当前由于规模较小、产业链缺乏配套，钠电池生产成本较高，其规模化生产离不开龙头企业的大力推广；若未来企业的态度软化，将影响钠电池产业化进程。
3）储能、低速车市场发展不及预期的风险：
钠离子电池主要应用于储能和低速车等领域，若下游市场发展速度低于预期，将影响钠电池的潜在市场空间。
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报告属于原作者，我们不做任何投资建议！
作者：平安证券 朱栋 皮秀 陈建文 王霖 王子越
报告原名：《电力设备行业深度报告：巨头入场摇旗“钠”喊，技术路线面临分化 》
1.钠资源丰富
随着新能源汽车市场高速发展，锂电池需求不断攀升，国内锂资源供给处于紧张状态，产业链公司争抢锂资源。在锂资源紧张的背景下，钠离子电池战略意义凸显。钠资源分布于全球各地，完全不受资源和地域的限制，钠离子电池相比锂离子电池有非常大的资源优势。
2.钠离子电池具有成本优势
钠电池成本优势使其更有经济性。锂电池负极只能使用铜箔，而钠电池则可以在正极负极都使用铝箔，单Kwh钠电池消耗铝箔量将较锂电池翻倍，同时铝箔价格更低，有望进一步降低钠电池材料成本。
3.钠离子电池安全性高
由于钠离子电池的内阻比锂电池高，所以其在短路的情况下瞬时发热量少，温升较低，热失控温度高于锂电池，具备更高的安全性。另一方面，锂电池在低温下充电会析锂，而钠电池却不会发生析出，故钠离子电池拥有更宽的工作温度范围。钠离子电池可以在-40℃到80℃的温度区间正常工作，-20℃的环境下容量保持率接近90%，高低温性能优于锂离子电池。
发展前景不好说，因为钠离子资源广泛，价格低，但是容量密度较小，各有各的优点，两种电池所应用的领域肯定是不同的，取之长避之短
1、首先研究方向是钠离子电池正极材料检索正极材料。2、其次对现有的钠离子电池正极材料进行了系统性的归纳。3、最后综述了钠离子电池正极材料方面的研究进展。
第一作者：Yuqi Li
通讯作者：胡勇胜，陆雅翔
通讯单位：中国科学院物理研究所
【研究亮点】
报告了一种能量密度超过200 Wh kg-1的初始无负极钠电池，高于商用 LiFePO4||石墨电池。 通过在铝集流体上引入石墨碳涂层以及电池中加入含硼电解质，结果表明均匀的成核和稳定界面可实现可逆和无裂纹的钠沉积。钠电池在不施加额外压力的情况下的 循环寿命达到了260次 ，这是零过量钠的大尺寸电池的最长寿命。
【主要内容】
考虑到全球丰富的钠储量及其分布，钠离子电池（NIBs）是一种具有成本效益的电能存储选择。然而，受限于Na相对较大的原子尺寸和重量，目前NIBs的能量密度普遍低于160 Wh kg-1，低于商业锂离子电池的能量密度。实现更高能量的一个有前景的解决方案是用超薄钠金属替换NIB中的插入型电极，以制造钠金属电池（NMB）。然而，由于金属钠的柔软和粘性，加工和成型都很难生产出超薄的钠金属负极。另一方面，具有含有过量钠的厚负极NMB可能会牺牲能量密度。无负极钠电池 (AFNB) 配置可以解决上述问题。在AFNB中，“真正的负极”是在第一次充电过程中原位电化学形成的；在负极侧形成的Na始终被封装而没有暴露在空气中，并且没有Na被浪费，因为活性Na+穿梭完全来自正极材料。这不仅有利于制造过程，而且还提高了AFNB的能量密度。 然而，在AFNB运行过程中，活性Na被不断消耗并且易断裂和重建的固体电解质界面相(SEI)将导致容量快速衰减。在重复沉积和剥离过程中，不均匀的沉积形态也会导致“死钠”，从而导致低库仑效率 (CE)。
鉴于此， 中国科学院物理研究所 胡勇胜研究员、陆雅翔副研究员团队使用BPG电解质（ M NaPF6和 M NaBF4 溶在二甘醇二甲醚中）、GC（石墨碳）集 流体和层状氧化物正极，通过界面工程策略制造了具有协同界面的AFNB。 基于GC上的小而均匀的Na成核，实现了平整的Na沉积以及稳定的SEI和CEI。冷冻电镜以及TOF-SIMS等先进表征手段和分子动力学模拟表明，由于BPG的特殊溶剂化形态，B-O在SEI的外层呈现二维分布，而在CEI的内层呈现三维分布。 这有效地抑制了死Na或Na枝晶的形成，修复了Na沉积和剥离过程中形成的裂纹，保护了正极的结构完整性并防止了与电解质的副反应。 组装的具有高安全性的无负极钠电池可提供超过 200 Wh kg 1的能量密度，考虑到使用无Co、V层状氧化物正极、贫非浓缩电解质、薄涂层集流体以及干燥室生产，这是非常具有成本效益的。 此外，得益于构建的协同界面，AFNB的循环寿命延长至260次以上，而且无需额外的压力或高温。 AFNB目前的瓶颈是能量密度低和实际条件下的循环稳定性有限。在这些方面，通过展示使用贫醚电解质的高压区间应用，这项工作为高性能钠电池提供了对应的原型解决方案。本文提出的界面工程的思路有望刺激电池组件的进一步优化，促进未来AFNB的大规模应用。
Fig. 1 | Sodium batteries with cooperative interfaces using a graphitic carbon coating as the current collector and BPG as the electrolyte.
Fig. 2 | Current collectors and morphologies of Na plating and stripping.
Fig. 3 | Selection and assessment of electrolytes and SEI/CEI films.
Fig. 4 | Performance and mechanism of cooperative interfaces.
Fig. 5 | Comparison among different kinds of Na-based batteries.
Fig. 6 | Electrochemical performances and safety assessment of proposed Na batteries with cooperative interfaces.
【文献信息】
Li, Y., Zhou, Q., Weng, S. et al. Interfacial engineering to achieve an energy density of over 200 Wh kg 1 in sodium batteries. Nat Energy (2022).
成果简介
有机化合物材料环保，资源丰富，结构通用性强，组装成本低，被公认为阴极材料用于锂离子和钠离子电池。然而，有机化合物固有的较高溶解度和较低电导率材料严重影响其工业应用。 本文，青岛大学Cunguo Wang（第一作者）与中科院苏州纳米所等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater.》期刊 发表名为“High-Performance PDB Organic Cathodes Reinforced by 3D Flower-like Carbon for Lithium-/Sodium-Ion Batteries”的论文， 研究报告了一种具有三维花状多孔碳结构(PDB/3D-FC) 的聚（2,3-二硫-1,4-苯醌）复合材料。
原位聚合方法使得PDB的分布更均匀，并且三维花状多孔碳结构防止 PDB 的积累。此外，PDB/3D-FC 的分级多孔结构为电子/离子提供了有效的传输路径。受益于理想的制造策略和精心挑选的材料中，DB/3D-FC电极在锂离子电池中显示出203 mAh g–1的优良倍率容量，在钠离子电池中显示出183 mAh g–1的优良倍率容量。本文报道的制备策略是通用的，适用于增强其他有机电极的电化学特性材料.
图文导读
图1. 由导电碳和有机材料组装PDB/3D-FC电极的方案
图2. 形态和成分分析
方案1. 制备聚合物PDB的合成路线
图3. (a) 3D-FC 和 PDB/3D-FC 的 XPS 光谱。(b) 3D-FC 的高分辨率 N1s 光谱。(c) S 2p 和 (d) C 1s 的 PDB/3D-FC 的 XPS 光谱。
图4. 用于 LIB 的 PDB/3D-FC 阴极的电化学性能。
图5. SIBs的PDB/3D-FC阴极的电化学性能。
文献：
科学家们发现了钠离子电池（sib）所需要的成分，这有助于提高sib的性能，如充电速度。尽管锂离子电池目前很受欢迎，但由于锂不仅昂贵而且有限，人们预计锂离子电池将很快找到新能源。研究结果表明，SiB有可能成为锂离子电池的替代品。
在无机晶体结构数据库中对约4300种化合物进行了钠迁移能的高通量计算，该化合物确实表现出优异的高速率性能和循环耐久性；详细地说，该化合物表现出稳定的10C循环，其完全充电的速率仅为6分钟。/在室温下进行50次充放电循环后，放电和约94%的容量保持率。这些结果与钠离子电池的典型阴极材料相当或优于后者。
日本名古屋理工学院（Nitech）的研究人员已经证明，一种特殊的材料可以作为钠离子电池的高效电池组分，与锂离子电池在多个电池特性，特别是充电速度方面进行竞争。
研究结果发表在2018年11月的科学报告中，由Nitech高级陶瓷系助理教授Naoto Tanibata博士领导。
流行的锂离子电池有几个好处——它们是可充电的，应用范围很广。它们被用于笔记本电脑和手机等设备，以及混合动力和全电动 汽车 。电动 汽车 是解决农村污染和实现清洁可持续交通的重要技术，在解决能源和环境危机方面发挥着重要作用。锂的一个缺点是它是一种有限的资源。不仅价格昂贵，而且其年产量（技术上）有限（由于干燥过程）。考虑到对电池驱动装置尤其是电动 汽车 的需求不断增加，寻找锂的替代品的需求变得越来越迫切，锂既便宜又丰富。
由于多种原因，钠离子电池是锂离子电池的一种有吸引力的替代品。钠不是一种有限的资源——它在地壳和海水中都很丰富。此外，在适当的晶体结构设计下，钠基组分有可能产生更快的充电时间。然而，钠不能简单地与锂交换，锂用于目前的电池材料，因为它是一个较大的离子尺寸和略有不同的化学。因此，研究人员需要在大量的候选材料中，通过试错法寻找最佳的钠离子电池材料。
Nitech的科学家们已经找到了解决这个问题的合理而有效的方法。从晶体结构数据库中提取约4300种化合物，并对其进行高通量计算后，其中一种化合物获得了良好的结果，因此是钠离子电池组分的一个很有前景的候选化合物。研究人员发现，Na2V3O7具有良好的电化学性能以及晶体和电子结构。该化合物具有快速充电性能，能在6分钟内稳定充电，研究人员还证明了该化合物具有较长的电池寿命和较短的充电时间。
“我们的目标是解决大型电池在电动 汽车 等严重依赖长时间充电的应用中面临的最大障碍。我们通过一项搜索来解决这个问题，该搜索将产生足够高效的材料，以提高电池的速率性能。”
尽管Na2v3o7具有良好的特性和对钠离子电池的总体预期影响，但研究人员发现，在最后的充电阶段，Na2v3o7发生了劣化，这将实际存储容量限制在理论存储容量的一半。因此，在他们未来的实验中，研究人员致力于提高这种材料的性能，以便在整个充电阶段保持稳定。”我们的最终目标是建立一种方法，使我们能够通过计算和实验相结合的方法来有效地设计电池材料，”Tanibata博士补充道。
文献引用：
Naoto Tanibata、Yuki Kondo、Shohei Yamada、Masaki Maeda、Hayami Takeda、Masanobu Nakayama、Toru Asaka、Ayuko Kitajou、Shigeto Okada。纳米管结构的Na2V3O7作为钠离子电池的阴极材料，具有高速率和稳定的循环性能。科学报告，2018年；8（1）doi:
lithium-ion battery中文意思：锂离子电池例句1、Development situation and studies on the preparation and application of PP microporous membrane separators for lithium-ion battery were introduced.介绍了聚丙烯微孔薄膜在锂离子电池上的应用研究、制造工艺和发展现状。2、Nissan Motor Co. 's new lithium-ion battery plant in Smyrna, Tenn. goes one step further with an atmosphere reminiscent of a laboratory.在这个方面，位于美国田纳西州士麦那的日产（Nissan）全新锂电池工厂以其实验室般的整洁环境更进一步。3、Transition metal oxides and sulphides have been extensively studied for lithium-ion battery anode materials due to their high capacities.过渡金属氧化物与硫化物由于其大比容量，已被广泛研究用于锂离子电池负极材料。4、Research progress in layer LiMnO_2 cathode material for lithium-ion battery锂离子蓄电池层状锰系正极材料的研究进展5、Design of the lithium-ion battery charger based on portable computer基于便携机的锂离子蓄电池充电器的设计
最新研究进展：New Research Progress Recent Research And Development Latest advance FYI：Recent Research And Development of Cryogenic Heat Pipes 低温热管的最新研究进展 Latest advance of blood cell count technique 血细胞计数技术最新研究进展 New development of anode in lithium-ion batteries 锂离子蓄电池负极材料最新研究进展 New Research Progress of Thermoset/Montmorillonite Nano-composites 热固性塑料/蒙脱土纳米复合材料最新研究进展
使能量密度达到现有任何电池的三倍，研究显示金属催化物在提高电池效率上起到重要作用。该校机械工程和材料科学与工程副教授YangShao-Horn表示，许多研究团队如今正致力于锂-空气电池的研究，但目前还缺乏对何种电极材料能够促进电池内部电化学反应发生的理解。Shao-Horn和其团队成员在4月1日出版的《电化学与固态快报》上报道了其研究成果，在锂-空气电池中使用金或铂金电极作为催化剂具有比单一碳电极高得多的反应活性和效率。此外，这项研究也为进一步研究寻找更佳的电极材料，如金和铂金或其他金属的合金材料或金属氧化物材料以及减少使用昂贵材料奠定基础。论文的第一作者、博士生Yi-ChunLu指出，研究团队开发了一种分析电池中不同催化剂活性的方法，现在可以基于这项研究来试验多种可能的材料，以确定控制催化剂活性的物理特性，最终能够预测催化剂的反应活动。锂-空气电池原理与锂离子电池类似，而后者目前是便携式电子产品使用的主要电源，而且在电动汽车电源的竞争中也占据了领先地位。但由于锂-空气电池使用了碳基空气电极和空气流替代锂离子电池较重的传统部件，因此电池质量更轻，这也使得包括IBM和通用汽车等大企业纷纷投身于锂-空气电池技术的开发当中。但锂-空气电池在成为可商用化产品之前还有一系列的问题需要解决，其中最大的问题是如何确保在经过了许多次的充放电过程后仍能保持其电力水平，可用在电动汽车或电子产品中。研究人员还需要详细研究充放电过程的化学问题，如产生了那些化合物，在哪里产生，以及它们之间如何相互反应等。Shao-Horn坦承，目前这方面的研究还处于初级阶段，部分企业将锂-空气电池研究视之为10年期的研发项目，但这是一个非常有前景的领域，如果能够克服许多科学和工程挑战，真正实现能量密度达到目前锂离子电池的两到三倍，将能够首先应用在便携式电子产品如笔记本电脑和手机上，降低成本后更可作为电动汽车电源。该项研究受到美国能源部的资助，MartinFamilySocietyofFellowsforSustainability和美国国家科学基金会也给予了支持。根据《日刊工业新闻》报道，日本旭化成株式会社和Central硝子株式会社两家企业正式参加美国IBMAlmaden Reseach Center正在进行的锂空气电池研究项目。按照该项目研究分工，旭化成将利用其掌握的先进膜技术，负责开发重要的有关膜部件；Central硝子负责开发新型电解液和高性能添加剂。研究小组计划到2020年实现锂空气电池的大量生产和推广应用。
锂离子电池的研究进展摘要 介绍了锂离子电池的电化学反应原理、一般特性及电池正极材料、负极材料、电解质材料的研究进展，同时也介绍了目前存在的问题和发展前景。关键词 锂离子电池，研究进展，展望R&D of Li-ion secondary batterySun Chunwen(Department of Applied Chemistry,Tianjin University,300072)Abstract The fundamental principle of electrochemical reaction of Li-ion battery,its general properties and the progress of researches on materials for cathode,anode and electrolyte are introduced in this the same time its existing problems and prospects are also words Li-ion battery,research progress,prospect自从1859年Gaston Plante提出铅酸电池概念以来，化学电源界一直在研制新的高比能量、长循环寿命的二次电池。1990年日本索尼公司率先研制成功锂离子电池〔1〕。它是把锂离子嵌入碳中形成负极，取代传统锂电池的金属锂或锂合金作负极。负极材料是石墨和焦炭等碳材料。目前的正极材料主要是LiCoO2，其次是LiNiO2和LiMn2O4。电解质为LiAsF6+PC(碳酸丙烯酯)、LiAsF6+PC+EC(碳酸乙烯酯)及LiPF6+EC+DMC(碳酸二甲酯)。隔膜为PP微孔薄膜、PE微孔薄膜或两者双层。锂离子电池既保持了锂电池高电压、高容量的主要优点，又具有循环寿命长、安全性能好的显著特点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等领域展示了良好的应用前景和潜在的经济效益，是近年来受到广泛关注的研究热点。1 锂离子电池的电化学反应原理及特性这种电池的正负极均采用可供锂离子(Li+)自由嵌脱的活性物质，充电时，Li+从正极逸出，嵌入负极；放电时Li+则从负极脱出，嵌入正极。这种充放电过程，恰似一把摇椅。因此，这种电池又称为摇椅电池(Rocking Chair Batteries)。以LiCoO2为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池，充放电反应式为锂离子蓄电池的一般特性〔2〕：(1)体积及质量的能量密度高；(2)单电池的输出电压高，为 V；(3)自放电率小；(4)在60℃左右的高温下也可以使用；(5)不含有毒物质等。2 锂离子电池的研究进展研究锂离子蓄电池的关键技术是采用能在充放电过程嵌入和脱嵌锂离子的正、负极材料及选用合适的电解质材料。 正极材料作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子的贮存库。为了获得较高的单体电池电压，应选择高电势的嵌锂化合物。一般而言，正极材料应满足〔3～7〕：(1)在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；(2)温和的电极过程动力学；(3)高度可逆性；(4)全锂化状态下在空气中稳定性好。目前研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物上(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。能作正极活性物质的主要有LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等。最早用于商品化的锂离子电池中的正极为LiCoO2，它属于α-FeO2型结构。其合成方法是将Li2CO3和CoCO3按摩尔比Li/Co=1∶1的比例混合，在空气中700℃灼烧而成〔8〕。其可逆性、放电容量、充放电效率、电压的稳定性等性能均很好。因此，目前正极材料主要采用LiCoO2，或在其中再添加Al、In等元素的复合钴酸锂。但是，由于钴材料成本较高，资源缺乏，因此，必须开发少用钴、不用钴或廉价易得的材料，如用镍或锰来取代钴，这样电池单价可大大降低。LiNiO2是继LiCoO2后研究较多的层状化合物，一般是用锂盐和镍盐混合在700～850℃经固态反应制备。镍与钴的性质相近，价格比钴低廉。LiNiO2目前的最大容量为150 mAh/g，工作电压范围为～ V，不存在过充电和过放电的限制，Ohzuku〔9〕认为它是锂离子电池中最有前途的正极材料之一。但由于LiNiO2的制备中存在许多问题，所以LiNiO2的实际应用还受到限制。例如，制备三方晶系的LiNiO2时容易产生立方晶系的LiNiO2，特别是当热处理温度大于900℃时，LiNiO2将全部以立方晶系形式存在，而在非水电解质溶液中，立方晶系的LiNiO2无电化学活性。尖晶石型的LiM2O4(M=Mn、Co、V等)中M2O4骨架是一个有利于Li+离子扩散的四面体和八面体共面的三维网络。其典型代表是LiMn2O4。因为在加热过程中易失去氧而产生电化学性能差的缺氧化合物，使高容量的LiMn2O4制备较复杂，现在常用的合成方法有多步加热固态合成法、溶液-凝胶法、沉淀法等。如何克服容量在循环时下降的问题是目前LiMn2O4研究的焦点。因此，尖晶石型特别是掺杂型LiMn2O4的制备及结构与性能的关系仍是今后锂离子电池电极材料研究的方向。 负极材料锂离子电池作为一种新型的高能电池在性能上的提高仍有很大的空间，而碳材料性能的提高是其中的主要关键。负极碳材料应具备大容量、良好的充放电特性、高度可逆的嵌入反应、热力学稳定以及对电解液稳定的性能。1973年就有人提出以碳作为嵌锂材料，但直到1990年索尼公司以石油焦炭作为负极，才使锂离子电池的研究进入实用化阶段，从而掀起了世界范围的研究热潮。用于锂离子电池的碳材料主要有以下几种，见下表。目前研究的碳负极材料主要有石墨、冶金焦炭、石油焦炭等。其中石墨具有层状结构，因此其层与层之间有可能嵌入原子或原子团，形成碳层间化合物。石墨用作锂离子蓄电池的负极，可用充电的方法在碳层之间嵌入锂离子，用放电的方法脱嵌锂离子。用嵌锂石墨作为负极时，研究的焦点主要有：不可逆容量损失的机理和抑制方法，石墨结构与电化学性能的关系等。石墨的结晶度、微观组织、堆积形式等都影响其嵌锂容量。有研究发现，部分无序排列的存在是石墨嵌锂容量小于理论容量的原因，通过调节热处理温度控制石墨的堆积形式是获得高容量的有效手段。日本本田研究与发展公司利用特殊处理方法解决了锂离子电池比容量低的问题。具体做法是将锂(分子)置于有序石墨板之间，材料经聚亚苯基(PPP)热处理后，再将高度取向的石墨经高压(5 000～6 000 MPa)热解。用该方法得到的石墨作负极，使负极达到了1 116 mAh/g的高比容量〔10〕。1991年日本NEC的Iijima用真空电弧蒸发石墨电极时，发现了具有纳米尺寸的碳多层管状物——纳米碳管。此后，引起了人们广泛的兴趣和深入的研究。纳米碳管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高和界面效应强等特点，其顶端开口填充已用于高效催化载体、吸波材料等。近年来，已把碳管用于锂离子电池中作为负极材料，研究发现它具有高的可逆容量等优异的电极性能。目前，对碳电极材料的研究十分活跃，今后仍是锂离子电池研究的重点。 电解质材料主要采用锂盐和混合有机溶剂所组成的材料，如LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)+DME(二甲基乙二醇)、PC+DME、PC+DME+EC(碳酸乙烯酯)、EC+DEC(碳酸二乙酯)、LiAsF6/EC+THF(四氢呋喃)等。有些专家认为，LiClO4是强氧化剂，使用很不安全。PC在蓄电池中因反应性强，易进入碳夹层，用于锂离子电池也不可取。LiPF6是适宜的用盐，1～2 mol/L LiPF6/EC+DMC是理想的电解液〔11〕。电解质的稳定性也是当前研究锂离子蓄电池的一个关键技术。另外，提高锂离子电池的容量、电极循环寿命、电池的安全性、减小自放电和实现快充仍是今后锂离子电池研究的关键技术。3 展望近年来锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池，它的研究和开发已取得重大进展。但由于锂离子电池是一个涉及化学、物理、材料、能源、电子学等多学科的交叉领域，研制中还存在许多问题。运用传统的电化学研究方法结合现场、非现场的谱学方法等多种检测手段，对锂离子电池体系进行评价、优化设计，将会有力地推动锂离子电池的研究和应用。锂离子电池将是继镍镉、镍氢电池之后，在下世纪相当长一段时间内市场前景最好，发展最快的一种二次电池。参考文献1 Nagaura T,Tozawa Batts Sol Cells,1990(9):209～2172 李春鸿.电池，1996，26(6)：286～2903 Miure K,Yamada A,et Acta,1996,41:249～2564 Gao Y,Dahn J Soc,1996,143:100～1145 Saidi M Y,Barker J,et Acta,1996,41：199～2046 Rougier A,Gravereau P,et Electrochem Soc,1996,143:1168～11757 周恒辉，慈云祥等.化学进展，1998，10(1)：85～948 金属时评(日)，1993(1525)：29 Ohzuku T,Ueda A,et Acta,1993,38:1159～116710 任学佑.电池，1996，26(1)：38～4011 Main Trends in Li-Ion Battery,Techno Japan,1994,27(3):58～60
钠电池，氢电池，空气电池基本上都没戏。当然在国家层面上，那是另外一回事。
第一作者：Yuqi Li
通讯作者：胡勇胜，陆雅翔
通讯单位：中国科学院物理研究所
【研究亮点】
报告了一种能量密度超过200 Wh kg-1的初始无负极钠电池，高于商用 LiFePO4||石墨电池。 通过在铝集流体上引入石墨碳涂层以及电池中加入含硼电解质，结果表明均匀的成核和稳定界面可实现可逆和无裂纹的钠沉积。钠电池在不施加额外压力的情况下的 循环寿命达到了260次 ，这是零过量钠的大尺寸电池的最长寿命。
【主要内容】
考虑到全球丰富的钠储量及其分布，钠离子电池（NIBs）是一种具有成本效益的电能存储选择。然而，受限于Na相对较大的原子尺寸和重量，目前NIBs的能量密度普遍低于160 Wh kg-1，低于商业锂离子电池的能量密度。实现更高能量的一个有前景的解决方案是用超薄钠金属替换NIB中的插入型电极，以制造钠金属电池（NMB）。然而，由于金属钠的柔软和粘性，加工和成型都很难生产出超薄的钠金属负极。另一方面，具有含有过量钠的厚负极NMB可能会牺牲能量密度。无负极钠电池 (AFNB) 配置可以解决上述问题。在AFNB中，“真正的负极”是在第一次充电过程中原位电化学形成的；在负极侧形成的Na始终被封装而没有暴露在空气中，并且没有Na被浪费，因为活性Na+穿梭完全来自正极材料。这不仅有利于制造过程，而且还提高了AFNB的能量密度。 然而，在AFNB运行过程中，活性Na被不断消耗并且易断裂和重建的固体电解质界面相(SEI)将导致容量快速衰减。在重复沉积和剥离过程中，不均匀的沉积形态也会导致“死钠”，从而导致低库仑效率 (CE)。
鉴于此， 中国科学院物理研究所 胡勇胜研究员、陆雅翔副研究员团队使用BPG电解质（ M NaPF6和 M NaBF4 溶在二甘醇二甲醚中）、GC（石墨碳）集 流体和层状氧化物正极，通过界面工程策略制造了具有协同界面的AFNB。 基于GC上的小而均匀的Na成核，实现了平整的Na沉积以及稳定的SEI和CEI。冷冻电镜以及TOF-SIMS等先进表征手段和分子动力学模拟表明，由于BPG的特殊溶剂化形态，B-O在SEI的外层呈现二维分布，而在CEI的内层呈现三维分布。 这有效地抑制了死Na或Na枝晶的形成，修复了Na沉积和剥离过程中形成的裂纹，保护了正极的结构完整性并防止了与电解质的副反应。 组装的具有高安全性的无负极钠电池可提供超过 200 Wh kg 1的能量密度，考虑到使用无Co、V层状氧化物正极、贫非浓缩电解质、薄涂层集流体以及干燥室生产，这是非常具有成本效益的。 此外，得益于构建的协同界面，AFNB的循环寿命延长至260次以上，而且无需额外的压力或高温。 AFNB目前的瓶颈是能量密度低和实际条件下的循环稳定性有限。在这些方面，通过展示使用贫醚电解质的高压区间应用，这项工作为高性能钠电池提供了对应的原型解决方案。本文提出的界面工程的思路有望刺激电池组件的进一步优化，促进未来AFNB的大规模应用。
Fig. 1 | Sodium batteries with cooperative interfaces using a graphitic carbon coating as the current collector and BPG as the electrolyte.
Fig. 2 | Current collectors and morphologies of Na plating and stripping.
Fig. 3 | Selection and assessment of electrolytes and SEI/CEI films.
Fig. 4 | Performance and mechanism of cooperative interfaces.
Fig. 5 | Comparison among different kinds of Na-based batteries.
Fig. 6 | Electrochemical performances and safety assessment of proposed Na batteries with cooperative interfaces.
【文献信息】
Li, Y., Zhou, Q., Weng, S. et al. Interfacial engineering to achieve an energy density of over 200 Wh kg 1 in sodium batteries. Nat Energy (2022).
1.钠资源丰富
随着新能源汽车市场高速发展，锂电池需求不断攀升，国内锂资源供给处于紧张状态，产业链公司争抢锂资源。在锂资源紧张的背景下，钠离子电池战略意义凸显。钠资源分布于全球各地，完全不受资源和地域的限制，钠离子电池相比锂离子电池有非常大的资源优势。
2.钠离子电池具有成本优势
钠电池成本优势使其更有经济性。锂电池负极只能使用铜箔，而钠电池则可以在正极负极都使用铝箔，单Kwh钠电池消耗铝箔量将较锂电池翻倍，同时铝箔价格更低，有望进一步降低钠电池材料成本。
3.钠离子电池安全性高
由于钠离子电池的内阻比锂电池高，所以其在短路的情况下瞬时发热量少，温升较低，热失控温度高于锂电池，具备更高的安全性。另一方面，锂电池在低温下充电会析锂，而钠电池却不会发生析出，故钠离子电池拥有更宽的工作温度范围。钠离子电池可以在-40℃到80℃的温度区间正常工作，-20℃的环境下容量保持率接近90%，高低温性能优于锂离子电池。