2015年6月3日，由國家能源局指導，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)與杜塞爾多夫展覽(上海)有限公司共同主辦的“儲能國際峰會2015”在北京召開。在儲能技術(shù)分論壇上，中國科學院物理研究所研究員胡勇勝發(fā)表主題演講，以下為演講內(nèi)容。

中國科學院物理研究所研究員 胡勇勝：

很高興能借此機會向大家介紹一下我們在鈉離子電池方面的相關(guān)研究。二次電池的一個重要應用領域就是電動汽車，對于鋰離子電池能不能應用在大規(guī)模儲能中，國際上還有一些爭議。

對于儲能電池來說，與動力電池相比有自身的特點，也就是更關(guān)注循環(huán)壽命和低成本，對能量密度的追求不是特別苛刻。從資源角度來講，鋰不是非常豐富的元素，因此讓鋰離子電池同時做電動汽車和儲能，對原材料的壓力會非常大，因此就需要尋找新的體系，鈉是一種比較好的選擇。鈉與鋰是同一族元素，具有相似的物理化學性能。

除了資源豐富外，鈉有自身的特點，首先鈉的原子量比較重，鈉離子電池不論是重量還是體積能量密度，都比鋰離子電池低。鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相同。從20世紀80年代開始，已經(jīng)有人開始鈉離子電池方面的研究，90年代鋰離子電池商業(yè)化成功后，很多研究轉(zhuǎn)向了鋰離子電池�，F(xiàn)在，由于大規(guī)模儲能的驅(qū)動，大家有重新開始研究鈉離子電池。

2011年5月，我們研究所開始了鈉離子電池的相關(guān)研究，包括正極和負極材料。下面主要介紹一下氧化物正極材料。

鈷酸鋰和三元材料都屬于高材料體系，鈉離子電池半徑比較大，有兩種結(jié)構(gòu)，其中一種是根據(jù)鈉的環(huán)境以八面體形式存在。另外，鈉材料的循環(huán)性非常好。

在實際的電池應用中，含鈉和含鋰是不一樣的，因為鈉會吸水。我們通過設計加速老化實驗，將材料老化后直接扔進水里，發(fā)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)也會老化。另外，含鈉的氧化物材料都含有鎳，鋰離子電池用的材料都是含鎳材料，在成本上沒有任何優(yōu)勢。

在研究過程中，我們一直在尋找新的氧化物來代替鎳和鈷，比如鐵、錳等材料，但是通過實驗發(fā)現(xiàn)動力比較差，然后我們對含銅氧化物做了探索。我們基于銅的電堆設計了新材料，將銅含量控制在1/3，用部分鐵取代銅，提高鈉含量，得到在空氣中穩(wěn)定的PR材料。從材料看，所有元素都是無毒的，而且成本低廉。氧化銅的成本一頓大約4.2萬元，如果使用銅、鐵、錳，成本優(yōu)勢非常明顯。

我們通過對鈉離子電池進行全面組裝，得到了工作電壓3.5伏，能量轉(zhuǎn)換效率約為85%。而后我們繼續(xù)改進材料，組件了鈉離子全電池，將能量轉(zhuǎn)換效率提升到90%。目前我們正在做軟膜電池，正在進行相關(guān)的性能評價。

在電池中加入銅，可以提高材料的電磁，另外含銅系列的化合物不怕水，在空氣中非常穩(wěn)定，這對電池應用來說非常重要，因為材料吸水會遇到一系列的問題，會增加規(guī)模化生產(chǎn)成本。

最后總結(jié)一下，鈉離子電池面向的應用領域是大規(guī)模儲能，目前很多鈉離子材料在空氣中不是很穩(wěn)定，我們的研究就是未來發(fā)現(xiàn)新的氧化物、構(gòu)建新型氧化物。感謝大家!

(關(guān)鍵字：鈷酸鋰 三元材料)