鈉離子電池正極材料挺「錳」 有望取代鋰電池

2020-12-06 中國經濟網

鈉離子電池正極材料挺「錳」 有望取代鋰電池

科技日報南京12月6日電 （通訊員 崔玉萌 記者張曄）鋰離子電池應用越來越貼近百姓生活，但地球上鋰資源十分有限，且開採成本高。開發一種替代電池成為各國科學家努力的重要方向。南京理工大學夏暉教授與中外團隊合作，首創結構設計和調控方法，在錳基正極材料研究方面取得重要進展，使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池，相關成果發表在最新一期《自然·通訊》上。

鈉資源豐富，開採費用僅為鋰的百分之一，因而鈉離子電池的研發成為科研人員爭相「開墾」的領域。而層狀結構的錳酸鈉正極材料具有理論容量高、價格低廉及來源廣泛等優點，使之成為鈉離子電池正極材料的熱門研究對象。

但由於錳酸鈉正極材料的層間距狹窄，充放電過程中，半徑較大的鈉離子在層間遷移時，會「擠壞」正極材料的結構，成為制約鈉離子電池研發的關鍵難點。除層間距外，影響鈉離子電池性能的另一重要因素為層狀結構中的鈉離子含量。不少科研人員嘗試通過各種方法製備出了不同層狀結構的錳酸鈉，但性能指標難以滿足實際應用需求。

夏暉教授團隊首創結構設計和調控方法，與中科院物理所谷林研究員及美國加州大學聖地牙哥分校孟穎教授合作，在水鈉錳礦層狀結構的基礎上，成功製備出兼具大層間距與高鈉離子含量的層狀納米正極材料。

這種正極材料製成的電極比容量達到211.9毫安時每克，而目前市面上流通的鋰電池正極材料比容量約為140毫安時每克。充放電過程中，這種正極材料結構穩定無相變，體積變化僅為2%，循環充放電1000次後，比容量保持率高達94.6%，而電池行業一般的比容量保持率標準約為80%。

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