【科普】一文看懂钠离子电池全部基础知识

科技 2024-12-28 08:53 云南

获取本文电子档资料，详见文末

添加客服微信进“固态电池行业交流群”

一、钠离子电池产生的背景

1.锂钠同族，物化性质类似

锂、钠、钾同属于元素周期表IA族碱金属元素，在物理和化学性质方面有相似之处，理论上都可以作为二次电池的金属离子载体。钠离子电池的储能机理与锂离子电池类似，拥有可接受的比容量( 钠为 1166mAh /g，锂为 3860mAh /g)和电位(钠为-2.71V(vs.SHE)，锂为-3.04V( vs.SHE))。

2.锂资源稀缺，钠资源丰富

锂资源的全球储量有限，锂元素在地壳中的含量仅为0.0065%。随着新能源汽车的发展对电池的需求大幅上升，资源端的瓶颈逐渐显现，成本较高限制了锂离子电池的大规模应用。钠资源储量非常丰富，地壳丰度为 2.64%，是锂资源的 440 倍，钠是地壳中丰度排名第六的元素,钠离子电池在安全性、环保性和成本效益方面具有明显优势，不含铅、镉、汞等有害物质，更加环保。

3.技术发展的需求:

随着全球对可再生能源和电动汽车需求的增加，寻找一种能够提供稳定、可持续的能源存储解决方案变得尤为重要。钠离子电池因其潜在的性能和成本效益，成为了研究和开发的重点。特别是在动力电池领域，钠离子电池被视为可能的未来替代品，尤其是在固定储能和低速电动汽车等应用中

二、钠离子电池的工作原理

钠离子电池主要由正极、负极、隔膜、集流体、电解液等构成，按照其组成材料是否直接参与电化学反应，又可以分为活性材料与非活性材料，其中活性材料包括正极材料、负极材料、电解质材料，非活性材料包括隔膜、集流体、导电剂、粘结剂等钠离子电池的工作原理和锂离子电池相似，都属于“摇椅式”。充电时钠离子从正极材料脱出后，经过电解质嵌入负极材料中。与此同时电子则从正极经由外电路运动到负极，以维系整个系统的电荷平衡。放电过程则与充电过程相反。其中钠离子电池正、负极材料体系为决定性因素，电解质主要与正、负极材料体系进行选择匹配使用。

三、钠离子电池的分类

钠离子电池可分为钠硫电池、钠盐电池、钠空气电池、水系钠离子电池、有机钠离子电池、固态钠离子电池。已经在储能领域规模化应用的钠电池体系主要包括两种，即基于固体电解质体系的高温钠硫电池和钠-金属氯化物电池体系。它们的负极活性物质均为金属钠，更准确地被称为钠电池。

钠离子电池未来发展不仅取决于技术的可实现性，还取决于相对锂电池的经济性及特定场景的适用性

四、钠离子电池正极材料的选择

正极材料可选范围广泛，部分已实现商业化生产

未来钠离子电池正极材料多元并存，满足不同场景对不同性能侧重点的需求

五、钠离子电池负极材料的选择

目前应用以碳材料为主，并研究探索转化和合金化负极、有机负极可行性。

硬碳可满足目前需求，未来可通过转化及合金负极进一步提高能量密度

六、钠离子电池电解质的选择

开发出的钠离子电池电解质/液丰富，包括水系、有机液态、固态三大类

开发出高安全、低成本、高性能的钠离子电池电解质对商业化应用至关重要

七、钠离子电池产品及性能

目前三类主要正极材料均有应用，负极以硬碳为主，电解液以有机系为主

不同材料体系各有优缺，根据应用场景进行选择

八、全球主要钠离子电池生产厂家产品性能对比

九、钠离子电池成本

钠离子电池理论上成本优势明显，但因产业链不完善、工艺等不成熟导致目前的生产成本较高

随着钠离子电池产业链及制程工艺完善、势将逐步凸显出来

十、钠离子电池成本 Vs 磷酸铁锂成本

钠离子电池理论上成本优势明显，但因产业链不完善、工艺等不成熟导致目前的生产成本较高

在磷酸铁锂电池度电用量方面，单耗依据方铮等《室温钠离子电池技术经济性分析》，测算得到 2022/23/24/25 年磷酸铁锂电池的每 100ah 成本为204.21/164.671144.93/125.19元。以磷酸铁锂电池标准电压 3.2V 为电压标准进行测算，100Ah 对应 0.32Kwh，那么磷酸铁锂电池 2022/23/24/25 年每Kwh材料成本为638.16/514.59/452.90/391.22元。

钠电池材料度电用量方面，参考方铮等《室温钠离子电池技术经济性分析》，测算得到202212023/2024/2025 年每 100ah钠离子电池材料成本分别为213.9/169.5/131.67193.82元，以钠离子电池电压 3.2V 为电压标准进行测算，100Ah对应 0.32Kwh，那么层状氧化物&硬碳负极钠离子电池 2022123/24/25年每 Kwh 成本头668.5/529.75/411.48/293.20 元。

普鲁士蓝和软碳成本均较层状氧化物和硬碳略低。2022 年普鲁士蓝正极和软碳价格约为5万元/吨和3 万元/吨，考虑到规模效应的降本，假设 23/24/25年普鲁士蓝正极和软碳价格为 4.5/4/3.5 万元/吨和2.712.3/2 万元/吨;其余材料价格与表9 一致，测算得到 2022/2023/2024/2025 年普鲁士蓝材料下钠离子电池成本分别为 180.471150.15/118.58/82.45元。以钠离子电池电压 3.2V 为电压标准进行测算100Ah 对应 0.32Kwh，那么普鲁士蓝材料钠离子电池2022/23/24/25 年每 Kwh 成本为563.981469:23/370.571257.66由

十一、钠离子电池与锂离子电池成本对比

目前磷酸铁锂电池产业链成熟，设备折旧等费用均已摊薄，行业平均成本约为 0.5元Mh。钠离子原料的可得性更丰富，绝对成本较低供应链安全性更高，但目前钠离子电池由于产业尚不成熟，成本优势尚未完全体现，推广期 0.5-0.7元Nh、发展期 0.30.5元/h、爆发期 0.3元/，那时候和铅酸价格差不多了。定价对标磷酸铁锂平替，仍有较大下降空间。由于正极、负极等原材料尚未形成市场规模，多数企业选择自供，尚无稳定市场报价。预测产业化初期,钠离子电池每kwh制造成本在600-700元之间。待产业链形成规模化生产后，有望下降到500元wh以下。假设碳酸锂价格跌回15万元/吨，LFP价格回落到7.35万元/吨左右，对应LFP电芯全成本约为700元/h左右，钠离子电池仍将具备明显的成本优势。

十二、钠离子电池与锂离子电池成本对比

十三、钠离子电池与主流电池性能

相对铅酸和锰酸锂，钠离子电池有绝对优势，相对磷酸铁锂，钠离子电池在成本和低温性能上存在相对优势

钠离子电池与锂离子电池相比最大的劣势在于能量密度，可作为锂离子电池的有益补充用于储能和电动车的特定场景

十四、钠离子电池与磷酸铁锂性能对比

1)循环寿命方面，钠离子由于半径比锂离子大，反应过程中嵌入脱出的难度也较大且容易造成结构变化，导致其循环寿命较低。

2)倍率性能方面，在快充方面具备优势。钠离子相对锂离子斯托克斯直径更小相同浓度的电解液离子电导率高出 20%，或者为达到同样离子电导率允许使用更低浓度电解液 ;钠离子的溶剂化能比锂离子更低，具有更好的界面离子扩散能力具备更好的倍率性能，常温下充电15分钟电量可达80%以上，能够适应响应型储能和规模供电。

3)适应温域，离子电池高低温性能更优秀，相比于锂离子电池 -20℃ 到 60℃的工作温度区间，钠离子电池可以在 -40℃ 到 80℃ 的温度区间正常工作，-20'℃ 环境下容量保持率近 90%。钠离子电池安全性更高。

4)安全性能方面，虽钠作为锂的下一周期元素，化学性质更为稳定;钠离子电池的负极集流体使用的是稳定性更好的铝箔，钠离子电池可以完全放电至 0V再进行运输，提高了运输安全性;钠离子电池的内阻比锂离子电池高，在短路时发热量更少，温升较低;热失控过程中容易钝化失活，热稳定性远超国家强标的安全要求，在安全性方面具备先天优势。针对过充过放、针刺、挤压测试时，钠离子电池的安全性表现也让人满意。但钠离子电池电解液易燃、负极处钠枝晶生长易导致短路等问题依日存在。

5)能量密度对比，从目前表现来看，钠电池在正极材料的克容量上与目前成熟的锂离子电池相比存在一定的差距，与磷酸铁锂电池相比差距不明显，但是与能量密度更高的三元锂电池相比差距则较为明显。负极材料方面，虽然目前电池的理论容量与实际容量均不逊色于锂电池，但是在可逆容量与首周库伦效率方面仍然存在一定问题。

钠电池在低温、安全性方面具备优势

钠电整体性能与锂电接近，能量密度稍逊，但低温、安全和倍率性能突出

·能量密度方面，在目前的技术条件下，钠离子电池的电芯能量密度约为70-200Wh/kg，高于铅酸电池的30-

50Whkg，相较于三元锂电的200-350WhK有所逊色，但与磷酸铁锂电池的150-210Whkg有重叠范围，且尚有较大的技术进步空间。

"低温表现方面，相比于锂离子电池:20℃到60℃的工作温度区间，钠离子电池可以在-40 ℃到50 ℃的温度区间正常工作，-20 ℃环境下容量保持率近 90%，高低温性能更优秀。

·安全性方面，得益于更高的内阻，钠离子电池在短路状况下瞬间发热量少，热失控温度高于锂离子电池，具备更高的安全性。在针对过充过放、针刺、挤压测试时钠离子电池的安全性表现也让人满意。

倍率和快充性能方面，钠离子电池具备更好的倍率性能，适合在快充、响应型储能和规模供电等场景应用。

结合上述特点，钠离子电池有望在储能、中低续航里程电动车、工程车、小动力等细分市场率先得到推广应用。

十五、钠离子电池商业化进程

从性能、产业链、产品、标准制定等角度来看，钠离子电池目前尚处于商业化早期，距离规模化应用尚需时日，针对钠离子电池在产品研发和产业发展中的问题提出其未来发展方向。在过去十年中，储能领域已经逐渐进入后锂电时代，其标志便是钠离子电池的复兴。早在2010年前后，锂离子电池正深刻改变社会生活之际，科研界就已经注意到锂资源的匮乏以及全球分布严重不均的问题。因此，钠离子电池技术又逐渐回到了科研界的视野，并且凭借着在研究锂离子电池技术上积累的经验得到了快速的发展。仅仅五年以后，即2015年，第一代钠离子电池就已经迈入了商业化的进程。

十六、钠电正极材料

钠离子电池正极材料需要具备以下因素:

1)较高的容量和氧化还原电势;

2)对电解液适应性强;

3)较好的离子和电子电导率,

4)在空气中易于制备、保存、运输以及低的成本;

5)较好的循环性能和倍率性能.·目前，受到研究者广泛关注的钠离子电池正极材料主要包括层状金属氧化物、普鲁士蓝类化合物及聚阴离子型化合物。每种类型的材料都存在着一些特征缺点，层状金属氧化物结构多变从而结构稳定性差;普鲁士蓝循环稳定性较差且材料高温易分解，存在潜在危险:;聚阴离子型化合物容量较低，导电性也较差，

层状金属氧化物-综合性能佳，有望率先产业化应用

层状氧化物类材料的通式可以写为 NaxMO2(M 为一种或多种过渡金属元素或者其他掺杂替换元素，如 A，Mg 等)。不同钠含量、不同的过渡金属或者不同的烧结温度，都能够得到不同结构的层状材料。

因为钠的离子半径和过渡金属的离子半径相差较大，不存在锂离子电池层状材料中的互占位现象。层状正极材料的特点是拥有二维传输通道，钠离子传输快。且层状材料的压实密度较高，使钠离子电池拥有更高的能量密度。并且其制备工艺和锂离子电池一致，基本可以直接使用现有设备，即可缩短产业化周期并目降低研发成本缺点是钠离子电池的层状材料在空气中的稳定性一般比较差，特别是潮湿的空气中，这将会增加额外的成本，包括生产、存储和使用等方面。根据其结构可分为四种，分别为P2相、P3相、02相和03相(字母“P”代表了钠离子在其中的氧配位环境为三棱柱配位，“0”代表其中的氧配位环境为八面体配位。2和3则代表最小氧原子层的密堆积重复周期。)，其中，P2相与03相是最为常见的两种钠离子层状氧化物正极材料。因其适当的操作潜力高容量和简单的合成路线,层状氧化物被认为是最有希望的正极材料。(LCO、NCM、NCA都是层状)

层状金属氧化物的痛点:不可逆容量损失、易吸水受潮

(1)晶格扭曲及相变的产生，导致不可逆的容量损失，恶化循环性能。由于层状结构氧化物通常为过渡金属元素与周围六个氧形成的MO6八面体结构组成过渡金属层，钠离子位于过渡金属层之间，形成MO6多面体层与Na06碱金属层交替排布的层状结构。这些结构在钠离子电池充放电过程中会发生晶格扭曲并产生相变，明碍了钠离子的传输扩散，使得大部分钠离子游离在材料的表面，与电解液发生副反应，形成不可逆的容量损失，同时恶化循环性能，导致电池性能衰减甚至失效，从而带来安全方面的隐患。现有技术大部分采用掺杂极少量的变价金属以达到改善材料的结构稳定性目的，如振华新材专利CN114975982A，钠创新能源CN114005969A等(2)烧结后易产生残碱，导致材料易吸水受潮，恶化加工性能。在层状结构氧化物制备过程中，考虑到钠元素的流失，材料生产过程中往往会加入过量钠盐，导致材料烧结后钠盐残留，主要以碳酸钠和氢氧化钠形式存在，简称残碱。如果钠离子电池极材料的碱性过高，在加工过程中会导致材料易吸水受潮，在搅浆过程中黏度增加，容易形成果冻状，导致加工性能变差。针对此问题，目前主要通过水洗、酸性气体等工艺进行改进，如中科海纳采用低温二次烧结，使得层状正极材料完全去除水分后，通过酸性气体与层状正极材料表面的残碱反应，降低材料表面的残碱含量

普鲁士蓝类化合物:理论容量高，成本低，间隙水问题需解决

普鲁士蓝类化合物 NaXMA [MB( CN)6]·ZH20( MA和MB 为过渡金属离子)，晶体结构为面心立方，过渡金属离子与 CN-形成六配位，碱金属离子处于三维通道结构和配位孔隙中。这种大的三维多通道结构可实现碱金属离子的嵌脱[16];不同的过渡金属离子，如 Ni2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+和 Co2+等，会使材料结构体系发生改变，储钠性能地就有所不同。普鲁十蓝类化合物具有较高的工作电势，较为稳定的三维框架结构，较长的循环寿命，较低的制造成本。

普鲁士蓝的“苦恼”:空位和间隙水导致电化学性能恶化。普鲁士蓝类化合物在合成过程中易形成[Fe(CN)6]4-空位和间隙水，形成的空位被配位的H20分子占据后不仅会降低材料的初始钠含量，而且会导致容量在循环过程中快速下降，恶化电化学性能，阻碍实际应用。

聚阴离子化合物:成本低、循环好，有望应用于中远期储能市场

聚阴离子化合物NaxMy(Xa0b)zZw，(M为T、V、Cr、Mn、Fe、Ni等中的一种或几种;X为S、P等;Z为F等)，主要分为橄榄石结构磷酸盐、NASCICON( Na+快离子导体)化合物和磷酸盐化合物。

·橄榄石结构的 NaFeP04作为钠离子电池正极材料，理论比容量为 154 mh1g，工作电压为2.9V，但是自身电导率较低，且仅有一维Na+扩散通道，实际测试结果不理想。目前的研究重点之一，是通过碳包覆或离子取代来提高电导率·NASICON结构化合物是一种快离子导体，理论比容量约为120 mAh/g，工作电压约为3.3V，具有3D 框架结构，离子扩散速率较高，动力学和循环稳定性良好。引入V时大多使用五价V，如V205，毒性大，对人体危害大，会在一定程度上限制大规模使用。开发使用无毒、含量丰富的元素(如Fe、Mn和Ni等)来制备 NASICON结构化合物，有一定的研究意义。NVP材料在空气和水中稳定，但是作为水溶液钠离子电池正极材料时，循环性能很差，可能原因是V溶出，研究人员正在攻克此难题·聚明离子化合物的摩尔质量较大，理论比容量较低，但可以将不同阴离子基团混搭，或通过引入电负性数值大的氣离子，提高材料的工作电压，从而提高能量密度。由于钒价格较贵，降钒是聚阴离子研究的重点方向之一。

1)层状氧化物，尤其是 03 相的层状氧化物，拥有最好的综合性能，包括能量密度、产业化便利性和相容性，稍微欠缺的是材料的循环寿命和稳定性。因此我们将层状氧化物作为我们研究的出发点，目的是研究真正能够产业化的材料。

2)磷酸盐类材料的优点在于循环性能优良，并且因为该类材料例如 Na3V2(PO4)3 工业化生产技术可以直接沿用锂离子电池的 LiFePO4 生产工艺，因此可工业化性好。但是其能量密度不高，且如前所述，含有有毒元素 V，不符合绿色钠离子电池初衷。

3)普鲁士蓝类材料的成本低廉、循环优良，且能量密度已经有所提高。但是工业化上操作性较低以及相容性较差

十七、钠电负极材料

传统石墨负极储钠能力差，硬碳/软碳是相对更理想的钠电负极材料。理想的钠离子电池负极材料应当尽量满足:

1)工作电压低;2)比容量高;3)首周库仑效率高;4)压实密度高;5)电子和离子电导率高;6)结构稳定(体积形变小)，空气稳定;7)成本低廉和安全无毒等特点。

现有能够用于钠离子电池的负极材料主要包括:

碳基材料、合金类材料及金属基复合物材料，其中碳基材料由于具有导电性好、成本低廉、无毒环保，成为钠离子电池负极材料的首选。碳基材料主要包括石墨类材料、无定形碳材料(软硬碳)、纳米碳材料。其中，石墨负极在碳酸酯电解液中几乎不具备储钠能力(主要原因是石墨层之间的距离太小，溶剂化的钠离子太大，进入石墨层十分困难)，在醚类溶剂中虽能使溶剂化的钠离子共嵌到石墨层中，但其低的容量、高的电压以及电解液参与反应会降低实际电池的能量密度，因此石墨负极在钠离子电池中难以使用。

按照石墨化难易程度，可以将无定形碳材料划分为硬碳和软碳。软碳通常是指经过高温处理(2800°C以上)可以石墨化的碳材料，无序结构很容易被消除，亦称易石墨化碳。硬碳通常是指经过高温处理(2800°C以上)也难以完全石墨化的碳，在高温下其无序结构难以消除，亦称难石墨化碳。在中低温(1000-1600°C)处理下，软碳和硬碳在结构上没有明显的界限，可以将其统一称为无定形碳。

1)钠离子电池负极当前一般不使用石墨，在碳基体系中多采用无定形碳。早期观点认为Na+直径是Li+1.3倍，无法在石黑层间自由迁移，但K、Rb、Cs仍有较高的可逆比容量表现。本质上还是由于热力学问题，钠离子与石墨层之间相互作用力弱，在当前常用电解液中难以形成稳定插层化合物(除非替换成醚类溶剂)。钠离子电池无法直接沿用石墨负极，多采用石墨化程度较低的无定形碳，层间距比石墨高，为实现无损耗的高倍率性打下基础。

2)硬碳比容量较高，但成本和规模化尚存劣势。硬碳前驱体为热固性材料高温下难以石墨化，结构排布更无序，有丰富微孔、材料间隙更大，比容量更高、膨胀系数小。但孔洞过多导致比表面积较大，首次效率低。且硬碳般采用生物质淀粉、树脂等前驱体，产碳效率低，成本相对较高。3)软碳储钠容量低，但前驱体产碳率更高，具备成本优势。软碳前驱体为热塑性材料，高温下易于石墨化，结构更有序，层间距更短，储钠容量较低。前驱体一般采用煤、沥青、石油焦等石化工业副产品，产业链配套更为成熟产碳效率可以达到90%以上。

4)此外，合金类、金属氧化物或金属硫化物等负极一般具有较高的比容量但存在首次库伦效率低、电极粉化等问题。钛基负极空气稳定性好，也具备储备潜力。

十八、钠电电解液

与锂电体系相通，有机电解液前景较优

电解液是钠离子电池的关键材料之一，在电池正负极之间起到传导和输送能量的作用，在很大程度上决定了电池的工作机制，影响着电池的安全性、循环寿命和倍率性能等指标。

锂钠离子电池电解液生产体系可沿用，壁垒在配方技术，而非产能。现有六氟磷酸锂生产路线可切换生产六氟磷酸钠，实现产能共享，核心竞争壁垒主要是配方技术而非产能。

钠离子电池电解液主要分为液体电解液、固液复合电解液和固体电解液三大类。其中液体电解液又分为有机液体电解液、水系电解液和离子液体电解液。固体电解液分为无机固体电解液和固体聚合物电解液。

1)钠离子电池电解液与锂离子电池类似，由溶质、溶剂、添加剂组成。其中溶质须锂盐替换为钠盐，溶剂、添加剂基本可复>用锂离子电池中的成熟体系，但也需要根据钠离子特性做配方调整以提升性能钠离子斯托克斯直径比锂离子小，低浓度的钠盐电解液具有较高的离子导电率，理论上可以使用低浓度电解液，以节约成本2)溶质钠盐主要分为有机钠盐和无机钠盐两大类，其中无机钠盐中的NaPE,生产工艺与锂离子电池体系成熟运用的六氟磷酸锂工艺结构类似，被认为是最具产业化前景的钠盐，但热稳定性欠佳。有机钠盐中的NaFSI导电率高但电化学窗口窄，NaTFSI热稳定性好但低理学术度易腐蚀集流体。

电解液-溶剂:碳酸酯类为主，多种溶剂混合使用

溶剂是电解液的主要成分，它的性能紧紧影响着电池和电解液的性能。在选择溶剂时应遵循以下几个原则:(1)对电极呈惰性，在电池充放电过程中不与正负极材料发生电化学反应，稳定性好;(2)具有较小的粘度和较高的介电常数，以保证钠盐有足够的溶解度，保证较高的电导率;(3)熔点要低(-40°C以下)，沸点要高(150°℃C以上)，以保证较宽的液程，以使钠离子电池有较宽的工作温度范围和良好的高低温性能;(4)与正负极材料有很好的相容性。目前主流溶剂为碳酸酯类产品，价格及性能等综合优势凸显。实际应用中常混合多种溶剂，平衡化学性质。钠电池的有机溶剂主要分为碳酸酯、醚等类型。碳酸酯类溶剂凭借其较低的价格，较高的电导率以及较强的热稳定性，被广泛应用。包括环状碳酸酯溶剂如碳酸乙烯酯(EC)碳酸丙烯酯 (PC)和链状碳酸酯溶剂如碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。在所有的酯类溶剂中，EC具有较高的介电常数是最重要的溶剂之一，但是由于其熔点较高(36.4°C)，在室温下是固体状态限制了其单独作为溶剂使用，通常与其他有机溶剂(如PCIDECIDMCIEMC)混合使用来改善电解液的离子电导率、黏度、电化学稳定性。相比于醚类溶剂，碳酸酯类溶剂容易形成较厚的SE膜，产生较低的首次库伦效率。醚类溶剂可在负极表面形成薄而稳定的SE!膜，提升倍率性能。由于在阳极上钝化能力差，在超过4V以上的工作电压下不稳定，醚类溶剂很少用于锂离子电池。但醚类溶剂在钠电体系中具有较好的抗氧化还原能力，相比酯类溶剂其可以在负极表面生成更薄、更稳定的SEI膜，具有更高的首次库仑效率。醚类溶剂通常根据含有氧原子数目和链长分为1,3-二氧戊环(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)、二乙二醇二甲醚(Diglyme)和四乙二醇二甲醚(Triglyme)4种。由于过薄的SE!膜不能有效抵挡长期循环过程中产生的体积变化循环性能相对较差。

电解液-溶质

溶质作为电池电解液关键成分之一，直接决定电解液的性能。和锂离子电池以锂盐作为溶质提供Li+相似，钠离子电池的溶质为钠盐，是Na+的主要提供者，不但影响电池的功率和循环性能，还会影响容量和安全性。在选择钠盐时应该注意以下几个原则:(1)本身的物化性能包括黏度、电导率、热稳定性等优异;(2)与溶剂混合后对电极的兼容性;(3)保持对电池其他组分具有电化学惰性的特点，例如电极、隔膜和集流体等。

目前常用的电解质钠盐有高氯酸钠( NaCIO4)六氟磷酸钠( NaPF6)、双氟磺酰亚胺钠( NaFSI)四氟硼酸钠(NaBF4)、三氟甲基磺酰亚胺钠(NaTFSI)等。

电解液-溶质:性能存在缺陷，六氟磷酸钠生产技术需进一步开发

三条路线各有优缺，NaPF6 综合性能最佳。市场上钠盐大致分为含氟钠盐(NaPF6，NaTFSI，NaFSI等)，含硼钠盐(NaBF4,NaBOB等)以及其他钠盐(NaCLO4等)三条路线。NaPF6除了本质的安全问题外，综合性能最佳，是目前较为常用的钠盐。由于其化学性质，每种钠盐的应用各有优缺:(1)NaPF6热稳定性强，具有较高的电导率，在300^0时几平没有安全损失，NaPF6对水很敏感，容易产生高度腐蚀性的氢氟酸(HE)与SEl膛的碱性成分反应，产生有害气体来削弱刚性SEI膜;含氟磺酰基团的钠盐(NTFSL,NaFSI等)虽然具有较高的热稳定性和无毒的特点，但是其阴离子对铝箔集流体具有腐蚀作用。(2)NaBF4是常见的含硼钠盐，但受制于电导率的限制，应用较少。NaBOB是一种新型环保钠盐，具有较高热稳定性，但受制于溶解度无法大规模应用(3)NaCLO4应用于碳质电极会使其具有较高的容量和较高的库仑效率，但NaCLO4难于干燥且易制爆。

电解液-添加剂:提升生产工艺，有望进一步降本

添加剂是指在电解液中具有特定功能的物质，其含量较低，能明显提升电池的电化学性能。按作用类型的不同可以分为:成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂等。在实际使用中，不同添加剂一般进行混合使用来协调性能，凸显效果。

成膜添加剂会在溶剂分子之前发生还原反应，在电极表面形成 SEI膜，避免溶剂与电极直接接触，提升电池的性能。常见的成膜添加剂主要有:氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC )、亚硫酸乙烯酯(ES)和丁二酸二甲酯(DMS )等。据钠离子电池中VC添加剂含量对电池性能的影响研究数据，VC添加剂用量不宜过低和过高，用量低时效果不显著，用量过多则会导致形成过厚的SEI膜，降低电池首效目前常用电解液的有机溶剂具有较强的挥发性和易燃性，阳燃和过充保护添加剂被用干增加安全性能。阻燃添加剂一般是含氟和磷的有机物，在高温时能够生成游离的含磷和含氟自由基，这些自由基会清除氢和氧自由基，终止放热链反应，从根本上发挥阻燃的作用。实际应用中更多是用阻燃溶剂配制电解液，来实现更好的阻燃效果。

过充保护添加剂主要是某些可以在高电压下发生电聚合或氧化还原穿梭的有机物，本质上通过添加剂自身发生反应消耗过充电流，维持电池的电压电流在正常范围内。研究表明以NaPF6+EC/DEC作为基体电解液，使用3%的联苯(BP)添加剂后，氧化电位由4.7V降至4.3V，消耗了过充时产生的电流，导致电压不会继续上升，保证电池安全。

十九、钠离子电池生产工艺

钠离子电池生产工艺可参考锂离子电池，部分工序简化。以软包叠片工艺为例，工序可分为三个部分:

1)前端电极制造工序，电极浆料制备、电极涂布、压、极片真空干燥、极片分切等;

2)后端装配工序，叠片、焊接、入壳封装、真空干燥、注液及封口等,3)化成分选工序，包括预封装、化成、二次封装、分容选等。

与锂电池不同的是，钠电池可以使用铝箔作为负极集流体，因此正负极片均可以采用铝极耳进行连接，这样可以简化极耳焊接士科。

二十、钠离子电池生产工艺关注点

制浆工艺:钠离子电池的前段制浆工艺相比锂离子电池更为复杂。钠离子电池使用的硬碳、软碳等材料需要更高分散能力的制浆设备，并且制浆环境要求低露点(-20°C以下)必须进行密封混合以严格控制湿度。

涂布工艺:由于钠离子电池负极主要采用硬碳体系，硬碳的层间距(0.38-0.4nm)大于石墨(小于0.34nm)，涂布运程中容易出现颗粒较大、涂布不均匀等问题。为了保证电池的一致性和安全性，需要对涂布厚度、干燥温度等工艺进行精细调整，并提高涂布机面密度精度及烘箱温度控制精度。

注液工序:钠离子电池使用的电解液以六氟磷酸钠为溶质其粘度较锂离子电池电解液高，因此注液泵的要求也有所不同。此外，电解液对除湿的要求更高，低露点一般要求在40~-50°C。

感谢观看

欢迎转发

祝你有个好心情