2024中國（無錫）鈉電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會現(xiàn)場

電池百人會-電池網(wǎng)7月24日訊（林音 肖何 江蘇無錫報道）“我國是鋰離子電池制造大國，擁有全球最大的鋰電池產(chǎn)能，2023年生產(chǎn)了全球73.8%的鋰電池，然而鋰資源對外依存度高，以及碳酸鋰的價格波動，都不利于我國鋰電池產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。”中國科學院物理研究所副研究員謝飛表示，鈉資源豐富、分布廣泛，且容易獲取，生產(chǎn)裝備與鋰電池兼容，因此，在我國發(fā)展鈉離子電池意義重大。

7月24日，由中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、中國電池網(wǎng)主辦，無錫市錫山區(qū)人民政府指導的“2024中國（無錫）鈉電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會”在江蘇省無錫市錫山區(qū)舉辦。本次峰會以“共筑鈉電生態(tài) 共享產(chǎn)業(yè)機遇”為主題，聚焦鈉電池及儲能產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)、發(fā)展模式、投資布局、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建、市場應用及未來趨勢，共同探索產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展之路，推動上下游供需共振，助力產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級。

中國科學院物理研究所副研究員謝飛

24日下午，謝飛在會上發(fā)表了題為“鈉離子電池關(guān)鍵材料及界面研究”的主題演講，分享了如何提升無定形碳負極可逆容量及首周可逆性等，電池網(wǎng)摘選了其部分精彩觀點，以饗讀者：

“鈉離子電池飛速發(fā)展，具備長壽命、寬溫區(qū)、高倍率、易制造、低成本、高安全等明顯優(yōu)勢，這些特性使得鈉離子電池在新型儲能和電動汽車領(lǐng)域具有巨大的潛力?！蓖瑫r，謝飛指出，鈉離子電池未來性能提升、以及應用場景優(yōu)化，最關(guān)鍵的核心點在于正極、負極、電解液這三個部分。

謝飛表示，對于正負極材料來說，有各自不同的技術(shù)路線和體系，負極材料最主流的是無碳型材料，還有有機、氧化物、硫化物等等不同技術(shù)路線。其中，無定型碳材料是主要的。

“無定型碳材料在結(jié)構(gòu)的調(diào)控以及結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效機理上，研究有一定的困難。如何在整個研究和改性過程中，清晰的理解內(nèi)部的機理，對于指導材料的研究設計是比較有幫助的。”謝飛進一步指出：“我們一般關(guān)注一些性能指標，比如說容量、倍率、循環(huán)性能等等，同時還有首周庫倫效率，代表了首周的可逆性，如何在設計優(yōu)化碳材料過程中，能夠提升可逆容量和首周庫倫效率，是研究的重要方向。”

如何提升無定形碳負極可逆容量及首周可逆性？謝飛從閉孔結(jié)構(gòu)調(diào)控、石墨微晶區(qū)/缺陷/雜原子等微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控、雜原子構(gòu)型篩選、前驅(qū)體含氧官能團的影響、動力學調(diào)控改善碳負極界面等方面展開分析。

在閉孔結(jié)構(gòu)調(diào)控方面，謝飛指出，通過把軟碳和硬碳結(jié)合起來，利用軟碳堵塞開孔制造閉孔，可以讓比表面積大幅降低，同時，硬碳和軟碳復合材料產(chǎn)生協(xié)同儲鈉效應，讓鈉電池可逆容量和首周庫侖效率提升。

在石墨微晶區(qū)/缺陷/雜原子等微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控方面，謝飛介紹，可以在水熱炭化法上層清液中提取碳點，這些碳點與傳統(tǒng)水熱碳在形貌和石墨微晶結(jié)構(gòu)上具有顯著差異；通過比較，發(fā)現(xiàn)碳點衍生硬碳材料具有更低的比表面積、雜原子含量和缺陷濃度，同時，碳點衍生硬碳負極材料還具有與水熱碳相近的可逆比容量和超過90%的首周庫侖效率，從而讓全電池能量密度提升14%。

在雜原子構(gòu)型篩選方面，謝飛表示，斜坡碳具有較高的電位、更快的離子傳輸動力學和更高的安全性，但同時，鈉電池大部分的不可逆容量來源于斜坡段，如何同時保證高的斜坡容量和高的首周庫侖效率？其認為，使用NaH₂PO₄進行P/O共摻雜，并結(jié)合二次炭化進行雜原子構(gòu)型篩選，可保留，甚至提升可逆構(gòu)型（C=O，PO₂^3-/PO₄^3-）及自由基，減少不可逆構(gòu)型（C-O，PO^3-）。

通過上述方法，負極材料不僅可實現(xiàn)高斜坡容量（250 mAh/g）與高首周庫侖效率（80%）的平衡，還具有出色的倍率性能，20C下仍有50%容量保持率。

在前驅(qū)體含氧官能團的影響方面，謝飛指出，A-COOH 1400比A-OH 1400結(jié)構(gòu)無序度高且含有更多的缺陷、雜原子和微孔含量。通過兩者碳化前后對比發(fā)現(xiàn)，A-COOH 1400因前驅(qū)體含有較多的鏈間氧和非環(huán)內(nèi)不飽鍵的含氧官能團，展現(xiàn)類似硬碳儲鈉行為，A-OH 1400因前驅(qū)體中含有環(huán)內(nèi)不飽和鍵含氧官能團、C-O-C或環(huán)外羥基，展現(xiàn)類似軟碳儲鈉行為。

在動力學調(diào)控改善碳負極界面方面，謝飛表示，高溫處理的軟碳材料具有較低的比表面積、缺陷/雜原子含量，但首周庫侖效率異常低。對此，其指出，造成這一情況的原因或是界面演化過程中產(chǎn)生額外SEI成分，主要含F(xiàn)有機物，同時，較差的鈉離子擴散動力學導致“假死鈉”行程，誘使額外的電解液分解而導致首周庫侖效率異常低。其表示，解決上述問題，團隊適當引入了缺陷可改善鈉離子動力學，改性后發(fā)現(xiàn)，界面改善，無含F(xiàn)有機物成分生成，同時，適當?shù)娜毕轁舛瓤杀ＷC負極體系較低的費米能級。

最后，謝飛總結(jié)道：閉合孔隙調(diào)控對首周庫侖效率及可逆容量的影響至關(guān)重要；其他微觀結(jié)構(gòu)如石墨微晶區(qū)、雜原子、缺陷等也是影響碳負極性能的關(guān)鍵因素；前驅(qū)體中官能團對炭化過程中雜原子構(gòu)型的交聯(lián)形成也有直接影響，進而影響性能；鈉離子動力學的提升可改善界面演化過程，提升碳負極材料可逆性。

（以上觀點根據(jù)論壇現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)發(fā)言者本人審閱。）