钠离子电池概述
钠离子电池的概念起步于上个世纪80年代与锂离子电池简直一起起步。钠离子电池的作业原理与锂离子相似，充电时，Na+从正极材猜中脱出，通过电解液嵌入负极资料，一起电子通过外电路转移到负极，坚持电荷平衡;放电时则相反。
原理上，钠离子电池的充电时刻能够缩短到锂离子电池的1/5。钠离子电池最主要的特征便是运用Na+替代了价格昂贵的Li+，为了习惯钠离子电池，正极资料、负极资料和电解液等都要做相应的改动。比较于锂元素，钠离子电池的优势在于资源丰厚，钠资源约占地壳元素储量的2.64%取得钠元素的办法也非常简略，因而比较于锂离子电池，钠离子电池在本钱大将愈加具有优势。
虽钠离子电池能量密度不及锂离子电池，但就现在碳酸锂价格高涨的局势来看，钠离子电池依然具有非常广泛的运用远景：关于能量密度要求不高的范畴，在电网储能、调峰，风力发电储能等方面运用远景宽广。未来钠离子电池将逐渐替代铅酸电池，在各类低速电动车中取得广泛运用，与锂离子电池构成互补。
钠离子电池作业原理
钠离子电池的作业原理与锂离子电池相似，是运用钠离子在正负极之间嵌脱进程完成充放电。充电时，Na＋从正极脱出通过电解质嵌入负极，一起电子的补偿电荷经外电路供应到负极，确保正负极电荷平衡。放电时则相反，Na＋从负极脱嵌，通过电解质嵌入正极。在正常的充放电情况下，钠离子在正负极间的嵌入脱出不损坏电极资料的根本化学结构。
钠离子电池作业原理示意图
钠离子电池的优势
（1）钠盐原资料储量丰厚，价格低廉，选用铁锰镍基正极资料比较较锂离子电池三元正极资料，质料本钱下降一半；
（2）因为钠盐特性，答应运用低浓度电解液（相同浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右）下降本钱；
（3）钠离子不与铝构成合金，负极可选用铝箔作为集流体，能够进一步下降本钱8%左右，下降分量10%左右；
（4）因为钠离子电池无过放电特性，答应钠离子电池放电到零伏。
开发钠离子电池的原因
关于钠离子电池咱们重视的焦点，一个是本钱要低，正极资料要去锂脱钴，不必锂离子，也不必本钱较高的钴质料；第二是在电动车和储能方面都要求电池寿数要长；第三是安全性要好；终究是能量密度要比较适宜。
钠离子电池和锂离子电池的反响机理附近，正极资料除了磷酸盐或氟化磷酸盐以外，还能够用镍锰层状过渡金属氧化物。在负极资料方面可挑选碳类、合金和化合物。在三大类负极材猜中，咱们仍是挑选最廉价的碳资料。咱们关于负极碳资料又进行了软碳、硬碳和石墨烯三个分类的研讨。
咱们最近的一些研讨成果，其间一个是选用层状结构Na0.67Ni0.33-xMxMn0.67O2作正极资料。通过试验研讨和比较，在制备正极原资料的运用上，咱们以为运用醋酸盐或草酸盐更好。依据文献报导，正极资料假如只用镍锰氧化物，它的循环功能和充电到高电位时的稳定性较差。所以有文献报导能够用镁掺杂，替代镍位，这样的话等待它的容量能够更高，这种办法关于取得高能量密度的钠离子电池是很有协助的。除了镁以外，其他掺杂的元素可不能够呢？咱们挑选与替代元素离子半径附近的元素做掺杂，比方替代镍位，咱们选了锆（Zr）离子和铜（Cu）离子进行掺杂。资料掺杂后与掺杂前电化学功能和循环功能都有进步，Zr掺杂和Cu掺杂比较，Cu掺杂的循环稳定性更好。
负极方面，因为软碳资料处理的办法比较多，咱们尝试了用磷掺杂软碳。掺杂磷后放电容量能够进步30%以上，循环特性好。为什么掺磷后资料功能进步呢？这是因为掺磷后能够添加钠吸附的活性点。在传统的嵌入反响之外，还多了一些钠离子吸附的活性点位。别的，在硬碳方面，咱们选用了椰壳、杏壳等生物质资料，通过处理，终究取得硬碳资料。通过拉曼剖析能够发现，这些资料是短层有序、长层无序的结构，微晶的层距离较大，合适钠离子嵌入。
通过循环试验能够看到，通过200次循环，容量根本没有衰降，循环稳定性很好。由此可见，这些生物质资料是很好的廉价的钠离子电池负极资料。再有，关于石墨烯负极咱们也做了研讨。石墨烯资料最大的问题是密度比较低，将来能不能做成高体积比能量的电池仍是问题。所以能够考虑将石墨烯和其他负极资料如硬碳、软碳，以及化合物类或合金类资料进行复合。
咱们做了1.5Ah和0.5Ah两种软包全电池，正极资料选用前面说到的镍锰氧化物，负极选用生物质的硬碳资料，经300次循环后容量衰降为15%。由此可见，钠离子电池用廉价资料是能够制备的，并且电功能杰出。
钠离子电池远景可期
作为一类重要的储能电池，钠离子电池具有比能量高、安全功能好、价格低廉等长处，有望在储能范畴成为锂离子电池的替代品。其最主要的特征便是运用Na+替代了价格昂贵的Li+，而为了习惯钠离子，电池的正极资料、负极资料、电解液乃至添加剂的品种和用量（如T3P、己烷三腈）等都要做相应的改动。因而，仍有许多问题亟待解决，完成大规模、高安全性、低本钱、高能量、高功率密度和长寿数的方针，方能完成钠离子电池的产业化。
