科创中国

行业领域

新能源及节能技术

需求背景

碳达峰、碳中和目标要求新能源尤其是储能锂离子电池发展迅速，但受限于锂、钴等稀缺资源，锂离子电池成本很难有效降低。而钠离子电池工作原理类同锂电，且钠资源丰富，成本低廉，对于开发钠离子电池体系具有重要意义。  项目拟开发钠离子电池正极、负极、电解液配方体系，同时针对材料在电池的加工以及匹配电性能进行应用研发，解决基础科学问题，实现材料和电池应用的工程化应用。拟开展的技术有： （1）正极材料:开展普鲁士白制备及电池应用技术，寻求新的合成方法，控制材料制备的结晶度，降低空位和晶间水的占位。开展锰基层状氧化物的制备及电池应用技术，通过掺杂和包覆等改性技术，提高材料结构稳定性，抑制电化学过程晶体结构畸变，提高材料对空气稳定性。开展硫酸盐或磷酸盐/焦磷酸盐系正极材料的制备及电池应用技术，通过原料处理、工艺优化，提高材料导电性，同时制备条件可控，批次稳定性好，能兼容匹配现有锂电池生产加工水平。 （2）负极材料:开展硬碳负极开发及电池应用技术，通过电解液体系优化或者硬碳制备工艺制度和表面修饰优化。开展低成本高性能硫化铁材料，改善电化学结构稳定性。 （3）电池体系及应用:开发NaPF6盐的电解液配方，全电池体系兼容普鲁士白-硬碳或者金属层状氧化物-硬碳，全电池性能满足小型动力电池以及储能电池的应用需求。开展预钠化剂开发制备及电池应用技术，提高全电池首效，同时材料本身结构稳定，充放电不影响电极物理变化，不参与电化学反应，高低温下化学性质稳定。

需解决的主要技术难题

钠离子电池正极、负极、电解液配方体系，同时针对材料在电池的加工以及匹配电性能进行应用研发，解决基础科学问题，实现材料和电池应用的工程化应用

钠离子电池的主要构成为正极、负极、隔膜、电解液和集流体，其中正极和负极材料的结构和性能决定着整个电池的储钠性能。正负极之间通过隔膜隔开防止短路，电解液浸润正负极作为离子流通的介质，集流体起到收集和传输电子的作用。充电时，Na+从正极脱出，经电解液穿过隔膜嵌入负极，使正极处于高电势的贫钠态，负极处于低电势的富钠态。放电过程则与之相反，Na+从负极脱出，经由电解液穿过隔膜重新嵌入到正极材料中，使正极恢复到富钠态。为保持电荷平衡，充放电过程中有相同数量的电子经外电路传递，与Na+一起在正负极间迁移，使正负极发生氧化和还原反应。

期望实现的主要技术目标

扣式电池和软包全电池评测优于行业最高水平，在扣式电池电化学性能满足的基础上，进行软包电池性能评测，达到附件照片的技术指标要求。

需求解析

解析单位：“科创中国”纳米技术专业科技服务团（上海市纳米科技与产业发展促进中心） 解析时间：2023-11-21

李小丽

上海市纳米科技与产业发展促进中心

研究员

综合评价

受限于锂、钴等稀缺资源，锂离子电池成本很难有效降低。而钠离子电池工作原理类同锂电，且钠资源丰富，成本低廉，因此开发先进的钠离子电池体系具有重要意义。然而,与锂相比,钠的离子半径大得多,使其在储钠材料中的迁移速度过慢而严重地限制了钠离子电池倍率性能的提升和储钠容量的表达,而且钠元素具有更高的相对原子质量,也在理论上限制了钠离子电池的能量密度。 利于钠离子脱嵌的电极材料是开发高性能钠离子电池的关键。在正极材料中，可开展普鲁士白、锰基层状氧化物以及硫酸盐或磷酸盐/焦磷酸盐系材料的研究。而开展硬碳负极材料和低成本高性能硫化铁的研究，可改善电化学结构稳定性。开发NaPF6盐的电解液配方，全电池体系兼容普鲁士白-硬碳或者金属层状氧化物-硬碳，全电池性能满足小型动力电池以及储能电池的应用需求。同时针对材料在电池加工以及匹配电性能进行应用研发，该技术研发成功可解决基础科学问题，也能实现材料和电池的工程化应用。

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