2024中國(guó)（無(wú)錫）鈉電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

電池百人會(huì)-電池網(wǎng)7月24日訊（林音 肖何 江蘇無(wú)錫報(bào)道）“我國(guó)是鋰離子電池制造大國(guó)，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(duì)外依存度高，以及碳酸鋰的價(jià)格波動(dòng)，都不利于我國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。”中國(guó)科學(xué)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(guó)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(guó)電池網(wǎng)主辦，無(wú)錫市錫山區(qū)人民政府指導(dǎo)的“2024中國(guó)（無(wú)錫）鈉電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會(huì)”在江蘇省無(wú)錫市錫山區(qū)舉辦。本次峰會(huì)以“共筑鈉電生態(tài) 共享產(chǎn)業(yè)機(jī)遇”為主題，聚焦鈉電池及儲(chǔ)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(chǎng)應(yīng)用及未來(lái)趨勢(shì)，共同探索產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展之路，推動(dòng)上下游供需共振，助力產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員謝飛

24日下午，謝飛在會(huì)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(wú)定形碳負(fù)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(diǎn)，以饗讀者：

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

謝飛表示，對(duì)于正負(fù)極材料來(lái)說(shuō)，有各自不同的技術(shù)路線和體系，負(fù)極材料最主流的是無(wú)碳型材料，還有有機(jī)、氧化物、硫化物等等不同技術(shù)路線。其中，無(wú)定型碳材料是主要的。

“無(wú)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(jī)理上，研究有一定的困難。如何在整個(gè)研究和改性過(guò)程中，清晰的理解內(nèi)部的機(jī)理，對(duì)于指導(dǎo)材料的研究設(shè)計(jì)是比較有幫助的?！敝x飛進(jìn)一步指出：“我們一般關(guān)注一些性能指標(biāo)，比如說(shuō)容量、倍率、循環(huán)性能等等，同時(shí)還有首周庫(kù)倫效率，代表了首周的可逆性，如何在設(shè)計(jì)優(yōu)化碳材料過(guò)程中，能夠提升可逆容量和首周庫(kù)倫效率，是研究的重要方向?！?/p>

如何提升無(wú)定形碳負(fù)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(tuán)的影響、動(dòng)力學(xué)調(diào)控改善碳負(fù)極界面等方面展開(kāi)分析。

在閉孔結(jié)構(gòu)調(diào)控方面，謝飛指出，通過(guò)把軟碳和硬碳結(jié)合起來(lái)，利用軟碳堵塞開(kāi)孔制造閉孔，可以讓比表面積大幅降低，同時(shí)，硬碳和軟碳復(fù)合材料產(chǎn)生協(xié)同儲(chǔ)鈉效應(yīng)，讓鈉電池可逆容量和首周庫(kù)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(diǎn)，這些碳點(diǎn)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(guò)比較，發(fā)現(xiàn)碳點(diǎn)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(shí)，碳點(diǎn)衍生硬碳負(fù)極材料還具有與水熱碳相近的可逆比容量和超過(guò)90%的首周庫(kù)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(dòng)力學(xué)和更高的安全性，但同時(shí)，鈉電池大部分的不可逆容量來(lái)源于斜坡段，如何同時(shí)保證高的斜坡容量和高的首周庫(kù)侖效率？其認(rèn)為，使用NaH₂PO₄進(jìn)行P/O共摻雜，并結(jié)合二次炭化進(jìn)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(guò)上述方法，負(fù)極材料不僅可實(shí)現(xiàn)高斜坡容量（250 mAh/g）與高首周庫(kù)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(tuán)的影響方面，謝飛指出，A-COOH 1400比A-OH 1400結(jié)構(gòu)無(wú)序度高且含有更多的缺陷、雜原子和微孔含量。通過(guò)兩者碳化前后對(duì)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(tuán)，展現(xiàn)類似硬碳儲(chǔ)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(tuán)、C-O-C或環(huán)外羥基，展現(xiàn)類似軟碳儲(chǔ)鈉行為。

在動(dòng)力學(xué)調(diào)控改善碳負(fù)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(kù)侖效率異常低。對(duì)此，其指出，造成這一情況的原因或是界面演化過(guò)程中產(chǎn)生額外SEI成分，主要含F(xiàn)有機(jī)物，同時(shí)，較差的鈉離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致“假死鈉”行程，誘使額外的電解液分解而導(dǎo)致首周庫(kù)侖效率異常低。其表示，解決上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)適當(dāng)引入了缺陷可改善鈉離子動(dòng)力學(xué)，改性后發(fā)現(xiàn)，界面改善，無(wú)含F(xiàn)有機(jī)物成分生成，同時(shí)，適當(dāng)?shù)娜毕轁舛瓤杀ＷC負(fù)極體系較低的費(fèi)米能級(jí)。

最后，謝飛總結(jié)道：閉合孔隙調(diào)控對(duì)首周庫(kù)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(fù)極性能的關(guān)鍵因素；前驅(qū)體中官能團(tuán)對(duì)炭化過(guò)程中雜原子構(gòu)型的交聯(lián)形成也有直接影響，進(jìn)而影響性能；鈉離子動(dòng)力學(xué)的提升可改善界面演化過(guò)程，提升碳負(fù)極材料可逆性。

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