【专利解密】宁德时代前瞻性技术攻关 钠离子电池横空出世

【嘉勤点评】宁德时代发明的钠离子电池，在钠离子电池充放电过程中阳离子会优先嵌入、脱出普鲁士蓝类材料中，从而可以稳定普鲁士蓝类材料的三维骨架结构，使钠离子电池具有良好的循环性能。

集微网消息，伴随着锂离子电池逐步应用到电动汽车和储能领域中，金属锂资源的供求问题日益凸显。而钠资源储量丰富、分布广泛、成本低廉，因此钠离子电池近年来备受关注。为了获得高比能量、长循环寿命的钠离子电池，科技人员正致力于开发比容量高、成本低的钠离子电池阴极活性材料。

相比于其它类型的阴极活性材料，普鲁士蓝类材料具有比容量高、电压平台高、成本低等优势，是钠离子电池阴极活性材料的一种理想选择。这种材料主要由碱金属构成，由于碱金属或碱土金属阳离子A不与氰基络合，所以碱金属或碱土金属阳离子A存在于PBA三维骨架结构中的孔道中，起到平衡电荷的作用。

当钠离子电池进行充放电时，碱金属或碱土金属阳离子从PBA晶体的三维骨架结构中脱出、嵌入。在此过程中，PBA的三维骨架结构必须保持稳定，钠离子电池才有稳定的循环寿命。但碱金属或碱土金属阳离子在嵌入、脱出过程中不可避免的会引起PBA晶格常数的微小变化，尤其是当PBA中有两个过渡金属同时变价时晶格常数变化更大。

此外，当PBA结构中空穴较多时，碱金属或碱土金属阳离子在嵌入、脱出过程中会与空穴中的水分发生强烈的相互作用，导致晶体结构的破坏，进而导致PBA三维骨架结构的塌陷。所以，空穴较多且具有两个过渡金属同时变价时的PBA材料往往循环稳定性较差，导致钠离子电池的循环寿命较短。

为此，宁德时代在2017年6月13日申请了一项名为“钠离子电池”的发明专利（申请号：201710442457.1），申请人为宁德时代新能源科技股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项钠离子电池技术吧。

在该专利中发明的钠离子电池，主要包括阳极片、阴极片、隔离膜以及电解液，隔离膜设置在阴极片和阳极片之间，电解液包括非水有机溶剂以及溶解在非水有机溶剂中的钠盐。电解液还包括溶解在非水有机溶剂中的添加剂，添加剂的阳离子的电荷与半径的比值小于钠离子的电荷与半径的比值。

由于该发明中的电解液添加剂的阳离子的电荷与半径的比值小于钠离子的电荷与半径的比值，因此，在钠离子电池充放电过程中该阳离子会优先嵌入、脱出普鲁士蓝类材料中，由于该阳离子具有较小的电荷与半径比，所以其在嵌入、脱出过程中对普鲁士蓝类材料的结构破坏较小，从而可以稳定普鲁士蓝类材料的三维骨架结构，使钠离子电池具有良好的循环性能。

同时，在这种钠离子电池中，添加剂的含量为电解液总质量的0 .01％～20％。添加剂的添加量过多，一方面会导致其不能完全溶解于电解液中，另一方面会降低钠离子的迁移率，从而降低钠离子电池的性能；而添加剂的添加量过少，则起不到相应的作用。因此，该专利中推荐的添加剂含量为电解液总质量的1％～10％。

在该专利中，也给出了相关的实验对比，如上图所示。实例3为按照上述方法制备钠离子电池，并将电解液配制过程中的六氟磷酸铵的添加量改为2％，对比例1为不添加六氟磷酸铵。

从上图中的对比效果中我们可以看出，当电解液中不添加时，钠离子电池的循环性能较差，循环40周后的容量保持率只有35％；而当电解液中添加了2％的之后，钠离子电池的循环性能得到了明显的提升，循环40周后的容量保持率提高到了84％。

以上就是宁德时代发明的钠离子电池，在钠离子电池充放电过程中阳离子会优先嵌入、脱出普鲁士蓝类材料中，由于该阳离子具有较小的电荷与半径比，所以其在嵌入、脱出过程中对普鲁士蓝类材料的结构破坏较小，从而可以稳定普鲁士蓝类材料的三维骨架结构，使钠离子电池具有良好的循环性能。

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（校对/holly）