化學電源的新寵鈉離子電池

化學電源的新寵鈉離子電池第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一個人簡介自我介紹姓名：姜強專業(yè)：無機化學課題方向：鈉離子電池正極材料興趣愛好：看書、聽音樂、打球、爬山、旅游······座右銘：當你知道自己想要什么的時候，全世界都會為你讓路！第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一目錄1引言2鈉離子電池研究進展3我的工作本文目錄結構4總結第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一

引言第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一1引言電化學儲能技術的發(fā)展背景能源是支撐整個人類文明進步的物質基礎，也是現(xiàn)代社會發(fā)展須臾不可或缺的基本條件。隨著社會經濟的高速發(fā)展，人類社會對能源的依存度不斷提高。據(jù)統(tǒng)計，目前世界每年能源消費總量的70%來源于不可再生的化石燃料(煤、石油、天氣）。中國與世界能源消耗結構第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一環(huán)境污染資源枯竭戰(zhàn)爭溫室效應疾病1引言電化學儲能技術的發(fā)展背景因此改變現(xiàn)有不合理的能源結構，大力發(fā)展可再生清潔能源，并逐步替代化石能源，已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問題。風能、太陽能、潮汐能、地熱能等均屬于可再生清潔能源，將成為未來的主要能源來源。然而，可再生能源一般具有總量大、能量密度低、隨機性、間歇性等特點，導致其難以使用。在這種形勢下，發(fā)展高效便捷的儲能技術以滿足人類的能源需求成為世界范圍內研究熱點。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一物理類儲能1引言電化學儲能電化學儲能技術的發(fā)展背景目前主流的儲能技術第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一效率高1引言投資少電化學儲能技術的發(fā)展背景使用安全應用靈活電化學儲能第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一1引言幾類電化學儲電技術比較1799年2013/12/13

Volta發(fā)明“伏打電池”目前常用的電化學儲能體系200years液流電池超級電容器二次電池

鉛酸電池鎳-鎘電池鋰離子電池鈉離子電池第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一1引言幾類電化學儲電技術比較主要電化學儲能技術的對比第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一鈉離子電池研究進展第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.鈉離子電池研究進展

鈉離子電池實際上是一種濃差電池，正負極由兩種不同的鈉離子嵌入化合物組成。充電時，Na+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極，負極處于富鈉態(tài)，正極處于貧鈉態(tài)，同時電子的補償電荷經外電路供給到極，保證正負極電荷平衡。放電時則相反，Na+從負極脫嵌，經過電解質嵌入正極，正極處于處于富鈉態(tài)。鈉離子電池簡介鈉離子電池工作原理示意圖第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.鈉離子電池研究進展鈉離子電池體系的關鍵技術鈉離子電池主要由正極、負極和電解液組成。其中，正、負極材料是電池的核心部件，其性能直接決定了電池的電化學性能，因而，開發(fā)性能優(yōu)異、價格低廉的鈉離子電池正負極材料將成為今后的研究重點。幾種重要的鈉離子電池正、負極材料的容量和電壓值第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.鈉離子電池研究進展鈉離子電池體系的關鍵技術作為鈉離子電池關鍵部件之一的正極材料應該滿足下列要求：①較高的氧化還原電位，且電位受材料嵌鈉量的影響較小；②具有較高的比容量；③有足夠的離子擴散通道，確保鈉離子快速嵌入和脫出；④有較高的電化學反應活性；⑤良好的結構穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性；⑥應具有制備工藝簡單、資源豐富以及環(huán)境友好等特點。層狀過渡金屬氧化物NaxMO2(M=Co、Mn、Ni,0<x<1)，過渡金屬氟化物MFx聚陰離子型化合物(NaMPO4，NaMPO4F)第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.鈉離子電池研究進展鈉離子電池體系的關鍵技術在尋找可行的鈉離子電池負極材料時，必須考慮以下要求：①鈉嵌入的過程中電極電位變化較小，并接近金屬鈉的電位，從而保證電池的輸出電壓高；②鈉在主體材料中的可逆嵌入量和充放電效率要盡可能高，以保證電池具有較高的能量密度；③在鈉的脫嵌過程中，主體結構的體積變化應盡可能小，以獲得較好的循環(huán)穩(wěn)定性；④電極材料具有較高的電子電導率和鈉離子遷移速率，確保電池可以進行大電流充放電；⑤與電解液的相容性好，同時具有較高的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；⑥價格低廉，原料豐富，對環(huán)境無污染，容易制備。第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.鈉離子電池研究進展鈉離子電池體系的關鍵技術Na0.44MnO2

垂直于ab平面Na離子通道磷酸鹽材料的晶體結構Na2FePO4F的晶體結構第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一中科院物理所的鈉離子電池理論能量密度為180Wh/kg（基于正負極活材料的質量計算）2.鈉離子電池研究進展第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一美國AquionEnergy公司負極：低成本活性炭，具有電化學電容效應；正極：Na0.44MnO2，倍率性能良好；電解液：Na2SO4中性水溶液；隔膜：無紡布；極板厚度為幾毫米；聚丙烯外包裝，方形疊堆結構；30Wh，可用電壓為0.5-1.8V$300/kWh，鋰電成本1/3；5000次保持率85%2.鈉離子電池研究進展第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一東京理科大學試制的鈉離子電池2.鈉離子電池研究進展第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.鈉離子電池研究進展鈉離子電池的優(yōu)勢與未來原料資源豐富，成本低廉，分布廣泛能利用分解電勢更低的電解質溶劑及電解質鹽，電解質的選擇范圍更寬有相對穩(wěn)定的電化學性能，使用更加安全優(yōu)勢第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.鈉離子電池研究進展鈉離子電池的優(yōu)勢與未來電池開發(fā)路線圖

第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一我的工作第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一3.我的工作工作流程圖想法(Idea)尋找思路(Find)SynthesisofAminoAcids文獻確定方法(Way)1JACS19952JOC1987SynthesisofAminoAcids

開題SynthesisofAminoAcids實驗

(Test)1JACS19952JOC1987第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實驗實驗部分材料的制備電化學性能測試結構和形貌的表征鈉離子正極材料Na1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2的制備及條件探究第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實驗部分材料的制備Mn2+，Ni2+，Co2+，SO42-solutionNH4HCO3

solution

Co-precipitationMn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3Na2CO3MixingHeatingNa1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實驗部分結構和形貌的表征球形三元材料前驅體Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3XRD圖第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實驗部分結構和形貌的表征前驅體煅燒物SEM圖第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實驗部分結構和形貌的表征Na1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2XRD圖第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實驗部分電化學性能測試將材料組裝成CR2025型扣式電池電池進行充放電循環(huán)測試。按0.65:0.25的比例稱取正極材料和乙炔黑，混合均勻后，用異丙醇作溶劑，滴加1d粘合劑，研磨后壓膜，在真空手套箱中組裝成模擬電池。在室溫下用LAND電池測試系統(tǒng)對電池進行恒電流循環(huán)充放電測試，電壓范圍為2-4.8V，電流密度1C=300mA·g-1。第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一總結第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一總結