钠离子电池钴基层过渡金属氧化物技术路线

20世纪70年代，钠离子电池和锂离子电池的研究几乎同时开始。

20世纪80年代中期，研究人员发现理论比容量为372mah/g的石墨可以取代锂金属，成为锂离子电池的负极材料。然而，钠离子电池在同一时期没有找到合适的负极材料，因此逐渐被边缘化。

2000年，两项发现给钠离子电池的研究带来了巨大的转折点。一是硬碳作为钠电池的负极材料，具有300mah/g的可逆容量，接近锂离子电池中石墨的可逆容量；二是钠离子电池作为正极材料时，氧化还原为三价铁离子和四价铁离子。从那时起，高能量密度和低成本的钠离子电池是可能的。

目前，钠离子电池形成了以层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝化合物三条技术路线为主流，隧道金属氧化物为补充的发展路径。

层状过渡金属氧化物一般由钠离子、过渡金属离子和氧离子组成。过渡金属离子种类繁多，包括钴（Co）、锰（Mn）、镍（Ni）、钒（V）、铁（Fe）、钛（Ti）、铬（Cr）、铜（Cu）等元素，由一种或多种组成。

在商业化方面，由于层状过渡金属氧化物钠电池具有能量密度高、制备工艺简单、价格低、工业化相容性好等优点，布局企业众多，包括中科海钠(铜基层过渡金属氧化物)、FARADION公司(镍基层过渡金属氧化物)、浩钠新能源(锰基层过渡金属氧化物)、华阳股份(钠离子电池技术来自中科海钠)、宁德时代(包括高镍、富锰、铜锰等路线)、传艺科技、荣百科技、当升科技、格林美、钠创新能源、立方新能源等。

在技术路线方面，对铁基层过渡金属氧化物、铬基层过渡金属氧化物、钴基层过渡金属氧化物、锰基层过渡金属氧化物等进行了更多的研究。

铁基层过渡金属氧化物技术路线，典型的O相NaFeo可逆容量为80mah/g，但当充电电压升高到3.5V或更高时，电池的可逆容量会迅速降低。

研究人员提出的改进方法是掺杂钴(可逆容量可达160mah/g）、镍(可逆容量可达135mAh//g）。但改进后，其循环性能仍不能满足商业化要求，制备条件恶劣，无法进行大规模生产。

铬基层过渡金属氧化物技术路线，典型的O相Nacro可逆容量可达120mah/g，但当充电电压升高时，其放电容量会急剧下降。

研究人员提出的改进方法是调整钠离子含量和烧结温度，并与钛混合(可逆容量可达60-90mah/h)g）；掺杂铁元素 钛元素(初始放电容量可达135.5mAh/g）。

1991年，索尼将锂离子正极材料LicoCB投入商业化，至今仍被广泛使用。因此，钠离子电池钴基层过渡金属氧化物的技术路线备受关注。

20世纪80年代末，美国Allied、日本Showadenko和Hitachi共同开发了钴基层过渡金属氧化物钠离子全电池。循环1000圈后，容量保持率为50%，循环性能优异。是商业钠离子电池正极材料的热门候选人之一。

锰基层过渡金属氧化物技术路线钠电池可逆容量超过150mah/hg，主要有两个缺点：一是锰基层氧化物氧化还原堆一般为三价锰离子和四价锰离子，电化学反应转移电子量小，不能满足商业化要求；二是三价锰离子溶解在电化学循环中，正极材料结构受损，最终严重影响锰基层状氧化物钠离子电池的循环性能和倍率性能，使比容量迅速衰减。

研究人员提出的改进方法包括掺杂惰性金属离子(锂、镁、铝)和覆盖特殊材料。

5月20日，江苏浩钠新能源科技有限公司（以下简称“浩钠新能源”）是世界上唯一一家专注于锰基层正极材料技术-钠离子电池研发生产的高新技术企业，宣布完成数千万元天使轮融资。这一轮资金将用于建设浩钠新能源钠电正极材料生产线、电池试验线和产品研发。相关生产线预计将于今年9月投入生产和市场销售。