低成本高安全钠离子电池领域研究获进展

来源: 中国科学院⻘岛⽣物能源与过程研究所

发布日期: 2023-10-10 17:02:22

中国科学院⻘岛⽣物能源与过程研究所的固态能源系统技术中⼼在低成本高安全钠离子电池领域取得重要进展,通过多项关键材料和电解质技术的开发,显著提升了钠离子电池的能量密度和安全性,为产业化发展奠定了基础。

相⽐于锂资源匮乏,钠在我国储量丰富,价格更为便宜,因⽽钠离⼦电池在⼤规模储能领域具有⼴阔的应⽤前景。然⽽,⽬前钠离⼦电池在产业化进程中存在能量密度较低、循环寿命较短等问题,限制了进⼀步应⽤。中国科学院⻘岛⽣物能源与过程研究所研究员崔光磊带领的固态能源系统技术中⼼,开发了多项钠离⼦电池关键材料和电解质关键技术,取得了⼀系列重要成果,为钠离⼦电池产业化发展奠定了研究基础。

2015年,该技术中⼼通过激光打孔聚酰亚胺⽯墨膜,开发了多孔⽯墨集流体及相应预钠化技术,显著降低了成本,提⾼钠离⼦电池的能量密度;2016年,通过原位固态化技术开发出⾼离⼦电导率的聚丙烯酸酯基聚合物电解质并进⾏专利保护,改善了固态电解质与电极材料间的界⾯离⼦传输性能,实现了钠电池倍率性能的⼤幅提升;2019年,构筑了甲基⼄烯基醚-⻢来酸酐共聚物固态聚合物钠电池,组装的软包钠电池在弯折或者切⻆苛刻条件下仍能安全⼯作,不发⽣漏液或起⽕危险;2022年,为进⼀步提升电解质的安全性,设计开发了兼顾⾼电压稳定性的磷酸酯阻燃新配⽅以及本征安全、绿⾊环保和成本低廉的⽔系电解质。

近期,该技术中⼼在低成本钠离⼦电池领域再获重要进展。相关研究成果发表在《德国应⽤化学》《先进能源材料》《储能材料》上。针对传统⽔系电解质中的⾃由⽔分⼦导致析氢、电极⾦属离⼦溶出等问题,该团队通过甲基化调节氢键作⽤获得了钠离⼦电池超⾼浓聚合物电解质新体系。

研究发现,钠⾦属负极SEI中NaH是影响电池性能的主要因素,是导致钠电池失效的重要机制,NaH是由电池循环中产⽣的氢⽓和已沉积的⾦属钠⾃发反应⽣成的。该⼯作针对当前钠离⼦电池电解质领域,进⼀步总结了当前钠离⼦电池电解质中的基础原理和研究进展,并展望了电解质未来发展⽅向。基于上述研究基础和技术积累,该技术中⼼研制出低成本、⾼安全、⾼性能的固态钠离⼦电池。

⽬前研发的固态钠离⼦电池电芯能量密度超140 Wh/kg,电池模组⽐能量密度超110 Wh/kg。这⼀电池具有超⾼安全性,可通过针刺测试,不冒烟、不燃烧、不爆炸,并实现在⼆轮电动⻋的示范应⽤。

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