“钠基电池体系是未来智能电网储能技术的重要选择。”
——复旦大学教授夏永姚
近日，工信部数据显示，中国新能源汽车累计销量从2012年底的2万辆，大幅攀升到今年5月底的1108万辆。自2015年起，中国新能源汽车产销量连续7年位居世界第一。
繁荣的新能源车市场背后，离不开电池材料及其技术的迭代。“安全、长续航、低成本”是业界持续“滚烫”的话题。
01、能量密度等核心问题何解？
对于业界来说，能量密度、安全性、运行环境、成本等是最为关注的4个问题。夏永姚教授介绍了这4个问题的技术层面探索。
夏永姚教授表示，高比能量化作为永恒的课题，从两个角度着手解决。
一是正、负极电极材料的大容量化，正极材料及电解质溶液的高电压化。
二是发展以金属锂为负极的下一代锂电池体系，如锂硫、锂空气电池。负极材料方面，发展的主流仍是硅负极，但存在循环性能差的问题。应用纳米材料和纳米技术可提高大容量负极稳定性。对于碳负极，主要是发展低成本纳米硅负极材料制备技术与工艺；而对于氧化亚硅（SiOx）负极，主要是发展低成本预掺锂技术，提高氧化亚硅的首次库伦效率。
在电池的安全性方面，从有机电解质溶液发展、水系电解质溶液、固态电解质等方面进行研究。
在应对电池的运行环境，则开发高温、低温、高压环境等特殊领域及其大功率充电的电池体系。
锂离子电池离不开锂资源，针对电池的成本问题，夏永姚教授介绍了从元素战略出发，钠离子电池、多价态金属离子及其有机电极材料的课题探索。
课堂上，针对上述4个问题，他分别介绍了电池的正极、负极、功能性添加剂、电解质溶液等材料发展面临的挑战及解决对策。
02、钠离子电池是智能电网储能的重要选择
“目前中国锂资源80%依靠进口，有‘卡脖子’的风险。钠基电池体系因具有资源丰富、价格低廉等优势，是未来智能电网储能技术的重要选择。”
夏永姚教授介绍道，相对锂离子电池，钠资源储量丰富材料成本低，钠离子溶剂化能低温性能优异，集流体均为铝箔等优势，另外可兼容已有锂电设备和工艺。
在钠离子电池正极材料（全国锂电池正极材料制备与实验室仪器装备）中，具有产业化应用前景的包括层状氧化物、铁氰化物、磷酸盐聚阴离子、硫酸盐聚阴离子等。他分析道氧化物能量密度高，但在空气中稳定性较差，材料和制造成本较高；铁氰化物则表现为能量密度高，原料成本低，但循环性能差，电极密度较低；磷酸盐聚阴离子表现为能量密度较低，但其具有成本低、空气中稳定、循环性好的优势；硫酸盐聚阴离子工作电压高、原料成本低，能量密度中等，但空气稳定性差、制造成本较高、循环性能一般。
“钠离子电池主要应用场景在备用电源电池组、电动自行车、低速电动汽车、规模储能电池组等领域。”
课堂上，他还介绍了镁电池、钙电池、铝电池、有机电极材料等多种体系的电池研究进展及挑战。
问答环节
Q1：负极材料首次库仑效率不能低于多少呢？
夏永姚教授：越高越好，90%以上是需要的。
Q2：碳氧化硅负极的发展前景如何？能否替代氧化亚硅？
夏永姚教授：比较看好氧化亚硅技术。从循环寿命角度来看，氧化亚硅好一些，但要解决低成本预掺锂技术，最终还是要取决于性价比。
Q3：钠离子电池硬碳产业化国内做得如何？
夏永姚教授：钠离子电池还没有商品，这个产业还在发展阶段，所以还没有厂家规模化做钠离子电池的硬碳材料，但随着钠离子电池产业化的推进，很快会跟上。
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