【摘要】 LIB和NIB之间有许多相似之处，特别是在材料组件以及材料和单元的制造方法方面。

钠离子电池(NIBs)的研究已有多年，尤其是在20世纪70年代和80年代，人们开始研究钠离子电池。然而，随着人们对锂插层材料的兴趣增加，直到最近，对锂离子电池的关注才逐渐消退。锂离子电池(LIB)在20世纪90年代由索尼商业化，使用的是牛津大学约翰·古德足够教授发明的材料。用低毒电池取代多溴联苯，以及固定式储能等新兴市场的增长，为NIBs等替代电池技术提供了机会。

 

随着钠离子电池(NIB)的重新出现，Samuel Roberts[1]等讨论了最近对这项技术感兴趣的原因，并讨论了锂离子电池(LIB)和NIB技术之间的协同作用，以及NIB作为制造LIB的“替代”技术的潜力。还讨论了NIB的可制造性，以及材料稳定性对电极和涂层的影响。最后，对全电池NIB技术进行了回顾，

 

LIB和NIB之间有许多相似之处，特别是在材料组件以及材料和单元的制造方法方面。这些相似之处使NIB成为LIB的“插入式”技术，主要区别在于电荷载体离子Na+而不是Li+。Hwang等人比较了锂和钠电化学能源装置的主要特性差异。钠离子(Na+)比锂离子(Li+)重，离子半径更大。离子大小和原子量的差异对于材料的最大比容量是重要的，因为大小的差异会影响到脱盐和脱水时主体晶体结构的稳定性。

 

图1. 不同电池化学物质和电池的能量密度和成本概述。[1]

 

近年来，新型钠离子阳极和阴极材料的材料研究出现了巨大的复苏。这些驱动力之一是LIBs的成本。由较大的生产商制造的电池成本的高达80%是材料，因此为了进一步降低电池的成本，需要更低成本的材料。钠是地球上第六种最丰富的元素，它既存在于海水中，也存在于矿物中，因此不像锂储量那样在地理上受到限制。此外，通过简单地将LIB的特定部分替换为含钠材料，特别是阴极和电解盐替换，可以实现NIB的低成本。

 

平均而言，阴极、阳极和电解液分别占电池总成本的21%、7%和8%。锂和钠化合物的一种卤水来源(碳酸盐)的简单比较显示出价格上的巨大差异。这使得电池的设计和工艺可以在与LIB相同的生产线上生产，在类似的条件下，但成本只有LIB的一小部分。

图2. LIB/NIB制造的标准流程。[1]

 

除了成本之外，NIBs还提供了比LIBs更安全的潜在好处。锂含量低于0.1V的铝合金。因此，Li/Li+，但不与钠合金化，可用作镍离子电池的阳极集电体(与铜相反，铜是锂离子电池广泛使用的阳极集电体)。然而，铝的密度低于铜，可能需要更厚的集流器，这对电池的体积能量密度产生了负面影响。铜集电器在低电压下也会溶解到电解液中，充电后，铜会析出形成树枝晶和内部短路。

 

因此，LIB通常在5%-30%的带电状态下运输，这防止了铜的溶解和随后的沉淀。对于NIB，其中铝可以用作阳极和阴极的电流收集器，可以在0 V(外部短路)下实现安全运输，没有能量，并且作为化学品对安全和运输成本都有显著的好处。

 

总而言之，NIB有两个主要优点：成本和安全性。NIB是一项新兴的技术，还处于起步阶段，由于钠的原子量更高，标准电极电位比Se更高，它不太可能达到LIB的能量密度。然而，由于其“即插即用”的性质、较低的成本和潜在的运输优势，它可能会提供较低能量密度和低成本、已建立的PBA技术的替代方案。

 

[1] Roberts S, Kendrick E. The re-emergence of sodium ion batteries: testing, processing, and manufacturability. Nanotechnol Sci Appl. 2018;11:23-33

 

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