中国科学家研究钠离子电池论文
获《Science》在线发表
2020年11月13日 来源：中国新闻网(记者 张素)
中国科学家针对钠离子电池进行相关研究，并于近日在顶级学术刊物《Science》发表相关成果。该研究提出一种预测钠离子层状氧化物构型的方法，并在实验上证实其有效性，将为设计制备低成本、高性能钠离子电池层状氧化物正极材料提供理论指导。
这篇论文是由中国科学院物理研究所研究员、中科海钠创始人兼董事长胡勇胜主导撰写。中国科学院物理研究所副研究员陆雅翔、法国波尔多大学教授Claude Delmas、荷兰代尔夫特理工大学教授Marnix Wagemaker等参与研究。
胡勇胜介绍说，随着全球化学电池市场的快速发展和人们对环境问题的日益重视，二次电池(又称可充电电池或蓄电池)这种能实现电能与化学能转化的新型储能技术受到广泛关注。锂离子电池虽然已成为占据全球电化学储能规模市场份额的“绝对一哥”，但由于其资源的稀缺性和较高昂成本，产业发展面临“天花板”。资源储量丰富、成本低廉的钠离子电池便成为极佳补充。
“然而，钠离子电池的性能却受到可用电极材料的限制，尤其是以层状氧化物材料为主的正极材料的限制。”他解释说，钠离子层状氧化物具有O和P两种构型，但目前的技术手段仅可实现对合成出的材料进行物理表征以确定具体构型，无法直接预测材料的堆积结构，这严重阻碍了层状氧化物正极材料的性能设计和新型正极材料的发现。
胡勇胜说，过去几年里，中科院物理研究所和中科海钠团队就钠离子层状氧化物两种构型形成的影响因素展开了大量实验研究，并积极探索其在钠离子电池应用中的场景落地。其中在2016年，中国科学院物理研究所博士戚兴国创新性地引入等效半径的概念来预测堆叠机构。
此次，研究者们引入“阳离子势”来表示阳离子电子密度及其极化率的程度，捕捉层状材料的关键相互作用，使预测堆积结构成为可能。通过合理设计和制备具有改良性能的层状电极材料，证明了堆叠结构决定材料的特性，为碱金属层状氧化物的设计提供了有效解决方案。
“一般而言，O3相正极材料具有较高的初始Na含量，能够脱出更多的钠离子，具有较高的容量，适用于低速电动车、大规模储能领域；P2相正极材料具有较大的Na层间距，能够提升钠离子的传输速率和保持层状结构的完整性，具有优异的倍率性能和循环性能，在充电桩、调频、数据中心等快充场景应用更具优势。”胡勇胜说。
他还表示，中科海钠成立三年以来实现了钠离子电池的大规模量产，月产能突破30万只，希望同更多行业内研究机构及企业展开交流合作，推动钠离子电池的产业化应用。(记者 张素)
