为什么很少有钠离子电池?

虽然比能量低但很容易得到呀
关注者
295
被浏览
88,374

26 个回答

这要从锂离子电池的原理说起。

和其它的电池不同,锂离子电池里没有锂的氧化还原反应。它是利用锂离子在正负极之间迁移来达到充电与放电过程。这就要求正负极都有能够存储锂离子的地方。正极一般是锂和其它金属的氧化物比如磷酸锂铁,而负极最常用的材料是石墨。如果你还记得石墨的结构的话,它是一片片的蜂窝状平面层层叠起来的。锂离子可以塞进石墨层之间,和碳原子形成螯合体。而且这个过程是可逆的。

如果把锂离子替换成钠离子,钠离子比锂多了8个电子,尺寸上就大了一个级别。不但迁移速度慢,而且不容易像锂那样塞进石墨里面。目前有用无定形碳作为钠离子电池的负极,但是整体来讲还是在研发阶段。
收录于 编辑推荐 ·
基本上钠离子电池就是锂离子电池的换代版。
80年代钠离子电池和锂离子电池其实是同期发展的,但是由于锂离子电池的性能实在是完爆钠离子电池,所以钠离子电池搁浅了。
先从材料开始说吧。
首先,传统的锂离子电池用石墨无法应用在钠离子电池上,钠离子半径0.102nm,锂离子半径0.076nm,石墨材料在进行多次钠离子脱嵌后会引起结构坍塌,导致无法再进行离子脱嵌,这就意味着电池无法继续充放电。目前钠离子电池的负极备选材料有硬碳、合金、钛化合物和第五族元素等等,都有能够应对较大半径的钠离子脱嵌的支撑结构。但是钠离子半径又带来另外一个问题:一定可观数量的钠离子在进行脱嵌的时候会引起负极材料强烈的体积变化,这意味着又需要引入新的负极材料粘结剂……
另外钠离子电池的正极材料也面临着此类问题,不可能把锂电池的正极材料简单地把XX锂更换为XX钠就万事大吉了,举个简单的例子吧,目前能够投产商业化钠离子电池的美国Aquion Energy公司的水系电解液钠离子电池正极用的二氧化锰,匪夷所思是么?另外一种大热的正极材料是普鲁士蓝。
如果你觉得麻烦已经到此为止的话就太天真了,钠离子电池还分为水系电解质、有机系电解质和固态电解质,这些电解质还要对应不同的正负极材料和隔膜组合,目前根据钠离子电池的文献和专利来看,克容量不是问题(动不动就500以上,上千的也不少),问题是循环寿命。
最后,还是拿Aquion的钠离子电池举例:放电初始电压1.8V,终止电压0.5V,而且是一条大直线。这就意味着如果恒电流放电的话电池最终输出功率会降到初始的30%,这要无比折腾BMS的设计人员。
如果只是比能量密度的问题,有机系钠离子电池的成本是锂离子电池的三分之一,更不用说更加便宜的水系钠离子电池了,这么大的利润空间,比能量密度高又如何。