毕辉：发展高性能钠离子材料提升器件的能量和功率-北极星储能网

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如果想同步提升钠离子器件的能量和功率，发展出高容量、高电压、低内阻的电极材料是解决这个问题的一个关键。

——中国科学院上海硅酸盐研究所研究员毕辉博士

2023年10月31日至11月2日，SNEC第八届(2023)国际储能技术和装备及应用(上海)大会在上海举行。会上，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员毕辉博士带来题为“高性能钠离子储能材料与器件技术”的演讲。

他介绍，钠离子电池跟锂离子电池一样，包括正极、负极、电解液、隔膜等结构。钠离子电池主要优势在于安全性，跟铅酸电池相比在能量密度方面有很大的优势。理想的钠离子储能器件需要有高的能量密度、高的功率密度、长寿命和高安全的性能，但是器件的能量和功率相互制约。如果想同步提升器件的能量和功率，开发出高容量、高电压、低内阻的电极材料是关键。

对于如何提升钠离子器件的能量和功率，发展出高容量、高电压、低内阻的电极材料，他指出：

采用锰酸钠的正极，通过设计和结构调控获得高容量的正极，提升能量密度，在正极里面获得一些厌电容的脱嵌提高功率。然后做成一个高功率的硬碳负极材料，提高器件的功率性能。最后能够同步提升器件整体的能量密度和功率密度。

对于为什么使用钛酸钠对锰酸钠材料进行包覆，他表示。

采用钛酸钠对锰酸钠材料进行包覆，非常清晰地可见有三层结构，包覆层是钛酸钠，中间有一些过渡层，还有主相结构，这个复合后的正极材料能够实现高电压充放电，而且倍率性能也很好，可以2C达到80.9mAh/g，循环稳定性可以900圈容量保持率达到97%。这个主要是由于包覆层选择采用钛酸钠的材料，其本身是比较高容量的钠电正极材料，这样做不仅可以提升材料的容量，同时还能够保证锰酸钠电极材料的稳定性，同时富钠的结构还可以提高首效的目的。采用原位、非原位进行表征，循环了300周以后，结构SRD没有太明显的杂峰出现，包括TM上包覆以后边缘结构比较清晰，特别在高压循环过程中也没有看到特别额外的峰的出现，所以这种包覆能够起到非常好的稳定性作用。

他表示，在此基础上还开发了高倍率硬碳的负极材料，采用的是天然生物质，并对它进行有机酸的处理，通过高温碳化获得了硬碳材料。硬碳材料的优势在于能够把层间距从0.37纳米扩大到0.4纳米左右。硬碳材料的SP2含量很高，具有很高的结晶性，可以进一步提高材料的首效。通过对材料做了一些分析，发现硬碳材料本身具有更高平台容量和很好的钠离子迁移率，具有很好的倍率性能。

团队采用锰酸钠的正极和硬碳的负极，结合之前做的三维石墨烯集流结构，发展出新的器件结构，研制出一种高功率高能量的钠离子储能器件。

（北极星储能网根据现场速记整理，未经嘉宾审核）

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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