钠离子电池(sodium-ion battery,SIB),是一种依靠钠离子在正负极间移动来进行充电和放电的二次电池。
其基本结构主要包括正极、负极、含钠离子的电解质、隔膜、集流体以及外壳等部件。工作原理和锂离子电池相近,充电时,钠离子从正极脱出经过电解质嵌入负极,同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极,保证正负极电荷平衡;放电时则相反,钠离子从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。
钠离子电池的正极材料一般可分为三类:层状过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝类化合物。其中层状氧化物的生产工艺与锂电三元正极材料兼容性较高;聚阴离子型化合物具有循环稳定性好、工作电压高的特点;普鲁士蓝类化合物具有较开放的骨架,理论充放电比容量较高,但在实际应用中存在一些问题。
负极材料主要分为碳材料和非碳材料,其中非碳材料包括钛基材料、有机类材料、合金类材料等。
钠离子电池具有成本低、电化学性能相对稳定、热稳定性较好、安全等特点。与锂离子电池相比,钠在地球上的地壳丰度更高,分布更均匀,其材料成本有望降低。它在储能和低速电动车等领域具有应用潜力,但目前仍处于产业化初期。
钠离子电池的发展历史较长,20 世纪 60 年代开始相关研究,期间不断探索正负极材料等。2011 年全球首家钠离子电池公司成立,此后有大量不同的正负极材料被发现。近年来,其产业化进程有所加快,一些企业和研究机构在该领域取得了一定成果。部分钠离子电池的品牌制造商包括英国 faradion 公司、美国 natron energy 公司、北京中科海钠科技有限公司等。
不过,钠离子电池目前也面临一些挑战,如需要进一步提高能量密度、循环寿命和倍率性能等,电极材料的开发和优化等也是未来的研究重点。随着技术的不断进步和完善,钠离子电池有望在未来得到更广泛的应用。