2024中国（无锡）钠电池产业生态圈企业家峰会现场
电池百人会-电池网7月24日讯（林音 肖何 江苏无锡报道）“我国是锂离子电池制造大国，拥有全球最大的锂电池产能，2023年生产了全球73.8%的锂电池，然而锂资源对外依存度高，以及碳酸锂的价格波动，都不利于我国锂电池产业健康快速发展。”中国科学院物理研究所副研究员谢飞表示，钠资源丰富、分布广泛，且容易获取，生产装备与锂电池兼容，因此，在我国发展钠离子电池意义重大。
7月24日，由中关村新型电池技术创新联盟、中国电池网主办，无锡市锡山区人民政府指导的“2024中国（无锡）钠电池产业生态圈企业家峰会”在江苏省无锡市锡山区举办。本次峰会以“共筑钠电生态 共享产业机遇”为主题，聚焦钠电池及储能产业前沿技术、发展模式、投资布局、产业链构建、市场应用及未来趋势，共同探索产业高质量发展之路，推动上下游供需共振，助力产业创新升级。
中国科学院物理研究所副研究员谢飞
24日下午，谢飞在会上发表了题为“钠离子电池关键材料及界面研究”的主题演讲，分享了如何提升无定形碳负极可逆容量及首周可逆性等，电池网摘选了其部分精彩观点，以飨读者：
“钠离子电池飞速发展，具备长寿命、宽温区、高倍率、易制造、低成本、高安全等明显优势，这些特性使得钠离子电池在新型储能和电动汽车领域具有巨大的潜力。”同时，谢飞指出，钠离子电池未来性能提升、以及应用场景优化，最关键的核心点在于正极、负极、电解液这三个部分。
谢飞表示，对于正负极材料来说，有各自不同的技术路线和体系，负极材料最主流的是无碳型材料，还有有机、氧化物、硫化物等等不同技术路线。其中，无定型碳材料是主要的。
“无定型碳材料在结构的调控以及结构与性能之间的构效机理上，研究有一定的困难。如何在整个研究和改性过程中，清晰的理解内部的机理，对于指导材料的研究设计是比较有帮助的。”谢飞进一步指出：“我们一般关注一些性能指标，比如说容量、倍率、循环性能等等，同时还有首周库伦效率，代表了首周的可逆性，如何在设计优化碳材料过程中，能够提升可逆容量和首周库伦效率，是研究的重要方向。”
如何提升无定形碳负极可逆容量及首周可逆性？谢飞从闭孔结构调控、石墨微晶区/缺陷/杂原子等微观结构调控、杂原子构型筛选、前驱体含氧官能团的影响、动力学调控改善碳负极界面等方面展开分析。
在闭孔结构调控方面，谢飞指出，通过把软碳和硬碳结合起来，利用软碳堵塞开孔制造闭孔，可以让比表面积大幅降低，同时，硬碳和软碳复合材料产生协同储钠效应，让钠电池可逆容量和首周库仑效率提升。
在石墨微晶区/缺陷/杂原子等微观结构调控方面，谢飞介绍，可以在水热炭化法上层清液中提取碳点，这些碳点与传统水热碳在形貌和石墨微晶结构上具有显著差异；通过比较，发现碳点衍生硬碳材料具有更低的比表面积、杂原子含量和缺陷浓度，同时，碳点衍生硬碳负极材料还具有与水热碳相近的可逆比容量和超过90%的首周库仑效率，从而让全电池能量密度提升14%。
在杂原子构型筛选方面，谢飞表示，斜坡碳具有较高的电位、更快的离子传输动力学和更高的安全性，但同时，钠电池大部分的不可逆容量来源于斜坡段，如何同时保证高的斜坡容量和高的首周库仑效率？其认为，使用NaH2PO4进行P/O共掺杂，并结合二次炭化进行杂原子构型筛选，可保留，甚至提升可逆构型（C=O，PO23-/PO43-）及自由基，减少不可逆构型（C-O，PO3-）。
通过上述方法，负极材料不仅可实现高斜坡容量（250 mAh/g）与高首周库仑效率（80%）的平衡，还具有出色的倍率性能，20C下仍有50%容量保持率。
在前驱体含氧官能团的影响方面，谢飞指出，A-COOH 1400比A-OH 1400结构无序度高且含有更多的缺陷、杂原子和微孔含量。通过两者碳化前后对比发现，A-COOH 1400因前驱体含有较多的链间氧和非环内不饱键的含氧官能团，展现类似硬碳储钠行为，A-OH 1400因前驱体中含有环内不饱和键含氧官能团、C-O-C或环外羟基，展现类似软碳储钠行为。
在动力学调控改善碳负极界面方面，谢飞表示，高温处理的软碳材料具有较低的比表面积、缺陷/杂原子含量，但首周库仑效率异常低。对此，其指出，造成这一情况的原因或是界面演化过程中产生额外SEI成分，主要含F有机物，同时，较差的钠离子扩散动力学导致“假死钠”行程，诱使额外的电解液分解而导致首周库仑效率异常低。其表示，解决上述问题，团队适当引入了缺陷可改善钠离子动力学，改性后发现，界面改善，无含F有机物成分生成，同时，适当的缺陷浓度可保证负极体系较低的费米能级。
最后，谢飞总结道：闭合孔隙调控对首周库仑效率及可逆容量的影响至关重要；其他微观结构如石墨微晶区、杂原子、缺陷等也是影响碳负极性能的关键因素；前驱体中官能团对炭化过程中杂原子构型的交联形成也有直接影响，进而影响性能；钠离子动力学的提升可改善界面演化过程，提升碳负极材料可逆性。
（以上观点根据论坛现场速记整理，未经发言者本人审阅。）
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