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、碰撞和短路,发现热安全性比磷酸铁锂好,钠离子电池拆开后,纳离子会迅速失活,迅速氧化,当然也会起火
碰撞和短路,发现热安全性比磷酸铁锂好,钠离子电池拆开后,纳离子会迅速失活,迅速氧化,当然也会起火
负极：锂电子电池最核心的是石墨，钠离子电池核心用硬碳，硬碳这个材料里面有一些微孔。正极：跟锂的电池类似，结构也是一样。钠离子电池有非常重要的氧化物，我们目前主要做三元，磷酸矾钠钠离子电池类似磷酸铁锂正极材料，性能非常好，容量大改120mA/g，法国科学院创业团队在做，磷酸铁钠不具备商业化价值。还有普鲁士蓝路线，非常便宜，不到1万一吨，原料廉价易得，但结晶水不容易去掉。隔膜：用主流的隔膜完全没有问题。电解液：将六氟磷酸锂换成六氟磷酸钠，六氟磷酸钠价格不会波动，规模化后会便宜稳定很多。溶剂：目前用的是碳酸酯，跟锂离子电池一模一样，跟锂离子电池充放电原理也一模一样。碳酸丙烯酯在锂离子电池中没有办法用，钠离子电池中可以用，低温性能非常好。总结而言，对隔膜影响最小，对电解液、正极、负极、钠盐跟锂离子电池相比有很大变化。4.能量密度120wh/kg是成组还是单体？（1）单体目前能做到120wh每公斤，工艺再成熟一点的话，做到130至140问题不大，成组打折大概80%-90%。5.钠离子电池主要市场？（1）目前发展钠离子电池不是为了替代锂离子电池，作为储能增量市场发展，基站电动自行车等对能量密度需求不高的领域是钠离子电池主要市场。（2）高端电动汽车市场上难以替换锂离子电池。6.单位体积能量密度跟磷酸铁锂相比怎样？ 跟磷酸铁锂相近，目前还未生产，都在做样机，目前大概低20%-30%。7.钠离子电池产业链准备比较充分，为什么还没有看到钠离子电池的量产？（1）技术成熟有一个过程，其价格会比锂离子电池贵；（2）材料成本考虑，硬碳量比较小，还未规模化。8.将来钠电池大规模量产，正极技术路线看好哪个？（1）铜状氧化物的镍铁锰和铜铁锰体系，可能会有一些衍生物，成熟度比较高。（2）普鲁士蓝，非常有优势，但短板也巨大。9.钠离子电池和锂离子电池制造工艺上区别？（1）制造工艺上非常接近，几乎不用改任何设备和东西，只要在工艺上做一些微调。如果有一条锂离子电池生产线，可以同步直接生产钠离子电池是一点问题都没有的；（2）在技术上有一点配方区别；10.钠离子电池量产存在哪些问题？（1）产业成熟度不够，正极材料、负极材料、电解液需要规模化供货生产；宁德时代会推动钠离子电池的发展。11.按照目前产业化规模发展的水平，到哪些时间段，能够做到与锂离子电池成本相当？（1）目前磷酸铁锂大概在5毛钱-6毛钱一瓦时，不考虑研发投入、原材料的成本，按正常的采购的话，目前我们大概算起来在5毛多钱一瓦时，情况比较理想。（2）原材料、正极材料、负极材料和电解液配合配套上去，可能三年左右时间会真正应用到规模上去，而且比磷酸铁锂电池要便宜，能不能到2毛钱每瓦时，可能需要一些时间，按照宁德时代推的速度，大概2-3年。12.钠离子电池安全性怎么样？热失控上跟磷酸铁锂相比怎么样？（1）样机做出来前，我们认为钠离子活性更高，认为早期钠离子电池安全性不如锂离子电池。（2）电池做出来以后，我们做了很多测试，包括穿刺、碰撞和短路，发现热安全性比磷酸铁锂好，钠离子电池拆开后，钠离子会迅速失活，迅速氧化，当然也会起火，但相比锂离子电池要好一点。（3）至于后面的变化，我们仍在研究。但目前的数据显示安全性比锂离子电池好一点。13.钠离子电池是否会跟动力电池有分层？（1）做钠离子电池不是去替代锂离子电池，而是部分取代，因为钠离子电池能量密度一定追不上高镍三元，中高端电动车市场能量密度需求比较高。（2）我们国家锂资源70%都需要进口，国外对中国锂资源进口会影响锂离子电池生产，钠离子电池是对锂离子电池的支撑和保障。14.跟磷酸铁锂电池相比，单体能量密度的天花板大概是什么情况？（1）铁锂的天花板已经很接近了，能做到100~180wh/kg，目前铁锂靠近极限；（2）钠离子电池可以做到200wh/kg左右，能量密度天花板高于铁锂电池，目前技术还未成熟大概可以做到130wh/kg。15.钠离子电池容器问题，EC，DMC，DEC或者EMC应用相对用量会多一点？用每个公司的技术方案不一样，但是都会用，针对低温，针对高温，针对不同的循环寿命的配方都会有一点差异区别。16.钠离子电池对隔膜生产影响不大，对其他材料生产企业影响较大，这些企业怎样转型？从设备来讲难度不大的，技术难度有一些，得有技术的一个支撑。17. 现在循环大概是4000次左右，极限的状态还能再提升到多少？如果提升之后，是不是说所有的可能的场景都能够运用？（1）循环寿命是根据材料体系、制造工艺等成熟起来，它的寿命是一步一步得到提高的。10年宁德时代动力电视循环寿命只有500~800次，目前能做到8000-10000次。（2）早期我做出来大概500次循环，目前3000次-40000次，循环寿命没有一个天花板，只要成熟了以后，会逐步提高，后面做到5000-8000次问题不是很大，我们希望能到10000次。（3）产品应用都是没有问题的，只要应用需求端忍受能量密度，体积能量密度我相信都可以用。 $宁德时代(SZ300750)$ $赣锋锂业(SZ002460)$ $比亚迪(SZ002594)$ 全部评论用户头像浅水喧哗12021-11-27 23:14不喜欢用户头像小白和韭菜最配了回复@长缨在手敢缚苍龙: 我也是这么觉得的。那么国外厂难道没有实验室。最终选择了锂肯定是有原因的。至少目前钠比不上锂技术成熟，方便普及2021-09-18 09:52不喜欢用户头像随波逐流o3m钠电池区别2021-09-17 11:55不喜欢用户头像暴利收割机回复@yangfyz: 当初锂电池你也这么说[大笑][大笑][大笑]2021-07-04 15:17不喜欢用户头像国定路M2021-05-24 07:49不喜欢用户头像时代韭菜回复@长缨在手敢缚苍龙: 还有就是为了解禁股票不塌方，2021-05-23 23:33不喜欢用户头像yangfyz能说的只有一个，有那么容易国外早成功了，最终选择锂不是没有道理的，绝不是拍拍脑袋就决定的，难道人家都傻嘛？合理的解释只有一个，目前对应的锂材料价格太高了，觉得压缩了它的利润空间，所以搞个新花样出来，吸引市场眼球，目的是为了好讨价还价！！！鄙视！展开2021-05-23 23:093不喜欢用户头像杭州战神回复@骑蜗牛逛A股: 你还悟道呢，还不允许别人学习？2021-05-23 22:141不喜欢用户头像骑蜗牛逛A股都在写“学习”，个人感觉学习个毛线，这么爱学习，早上名牌大学当基金经理了！2021-05-23 21:201不喜欢用户头像长缨在手敢缚苍龙别想了，你当全世界科学家都是傻子吗，锂好钠好这是经过科学无数次验证的，宁德时代这次说钠信息扩大化明显就是空头狗们取锂电筹码的伎俩;那些踏空锂电的空头机构们就是急了2021-05-23 21:058不喜欢加载更多评论封面图片专刊雪球专刊 特别版雪球特别版——段永平投资问答录（投资逻辑篇）段永平：著名企业家，小霸王品牌缔造者， 步步高创始人，vivo和OPPO 联合创始人，网易丁磊生命中的贵人，拼多多黄峥的人生导师。他同时也是著名投资人，早期投资网易获100倍以上回报，目前重仓茅台、苹果等优质公司查看专刊大盘解析收评01-03【A股2023迎开门红，两市超4200股收涨；数字经济板块掀涨停潮，信创、数据要素、软件等轮番领涨；蒙脱石散概念发酵；锂电、光储等赛道股午后表现亮眼】 三大股指早盘小幅走低后持续走升，截至收盘，沪指涨0.88%，深成指涨0.92%，创业板指涨0.41%。两市全天成交7888亿，超4200股收涨，北向资金净卖出5亿元。午评01-03【沪指涨0.56%，收复3100点，两市超4000股上涨；数字经济板块持续飙涨，软件、信创、数据要素等集体走强；酒店、旅游板块大幅下挫，西安旅游跌停】 数字经济板块持续飙涨，软件、信创、数据要素等集体走强，新冠特效药板块再度活跃，蒙脱石散概念发酵，证券板块不振，酒店、旅游板块大幅下挫。 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优势就是钠离子电池的制作比锂电池更节省原料，而且费用也很低，而且钠离子电池比锂电池续航时间更久，所以说现在才开始发展钠离子电池的制作。
钠离子电池优缺点如下：
优点是钠离子资源丰富，地球上拥有钠资源储量丰富、分布广泛，相比锂电池材料，获取资源方便，有利于将产业最大。成本低廉，随着纳离子电池批量生产后，价格会越来越便宜，这正是钠离子资源丰富、开采成本低。安全性高，钠离子电池安全性高不易起火和爆炸。
缺点是钠离子电池能量密度较低，供应链需要完善目前，锂离子电池非常完善，而钠离子电池算是新产业，还是落后于锂离子电池，整个供应链上缺少强有力的企业做保障，供应链还有待完善。
钠离子电池
钠离子电池（Sodium-ion battery）是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。2018年12月，南京理工大学夏晖教授与中外团队合作，首创结构设计和调控方法，在锰基正极材料研究方面取得重要进展。
2021年8月，工信部发布公告有关部门将支持钠离子电池加速创新成果转化，支持先进产品量产能力建设。同时根据产业发展进程适时完善有关产品目录，促进性能优异、符合条件的钠离子电池在新能源电站、交通工具、通信基站等领域加快应用。
成果简介
有机化合物材料环保，资源丰富，结构通用性强，组装成本低，被公认为阴极材料用于锂离子和钠离子电池。然而，有机化合物固有的较高溶解度和较低电导率材料严重影响其工业应用。 本文，青岛大学Cunguo Wang（第一作者）与中科院苏州纳米所等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater.》期刊 发表名为“High-Performance PDB Organic Cathodes Reinforced by 3D Flower-like Carbon for Lithium-/Sodium-Ion Batteries”的论文， 研究报告了一种具有三维花状多孔碳结构(PDB/3D-FC) 的聚（2,3-二硫-1,4-苯醌）复合材料。
原位聚合方法使得PDB的分布更均匀，并且三维花状多孔碳结构防止 PDB 的积累。此外，PDB/3D-FC 的分级多孔结构为电子/离子提供了有效的传输路径。受益于理想的制造策略和精心挑选的材料中，DB/3D-FC电极在锂离子电池中显示出203 mAh g–1的优良倍率容量，在钠离子电池中显示出183 mAh g–1的优良倍率容量。本文报道的制备策略是通用的，适用于增强其他有机电极的电化学特性材料.
图文导读
图1. 由导电碳和有机材料组装PDB/3D-FC电极的方案
图2. 形态和成分分析
方案1. 制备聚合物PDB的合成路线
图3. (a) 3D-FC 和 PDB/3D-FC 的 XPS 光谱。(b) 3D-FC 的高分辨率 N1s 光谱。(c) S 2p 和 (d) C 1s 的 PDB/3D-FC 的 XPS 光谱。
图4. 用于 LIB 的 PDB/3D-FC 阴极的电化学性能。
图5. SIBs的PDB/3D-FC阴极的电化学性能。
文献：
1.1 锂钠同族，物化性质有类似之处
锂、钠、钾同属于元素周期表ⅠA 族碱金属元素，在物理和化学性质方面有相似之处，理论上都可以作为二次电池的金属离子载体。
锂的离子半径更小、标准电势更高、比容量远远高于钠和钾，因此在二次电池方面得到了更早以及更广泛的应用。
但锂资源的全球储量有限，随着新能源 汽车 的发展对电池的需求大幅上升，资源端的瓶颈逐渐显现，由此带来的锂盐供需的周期性波动对电池企业和主机厂的经营造成负面影响，因此行业内部加快了对资源储备更加丰富、成本更低的电池体系的研究和量产进程，钠作为锂的替代品的角色出现，在电池领域得到越来越广泛的关注。
1.2 综合性能优于铅酸电池，能量密度是短板
钠离子电池与锂离子电池工作原理类似。与其他二次电池相似，钠离子电池也遵循脱嵌式的工作原理，在充电过程中，钠离子从正极脱出并嵌入负极，嵌入负极的钠离子越多，充电容量越高；放电时过程相反，回到正极的钠离子越多，放电容量越高。
能量密度弱于锂电，强于铅酸。
在能量密度方面，钠离子电池的电芯能量密度为100-160Wh/kg，这一水平远高于铅酸电池的30-50Wh/kg，与磷酸铁锂电池的120-200Wh/kg相比也有重叠的范围。
而当前量产的三元电池的电芯能量密度普遍在200Wh/kg以上，高镍体系甚至超过 250Wh/kg，对于钠电池的领先优势比较显著。
在循环寿命方面，钠电池在3000次以上，这一水平也同样远远超出铅酸电池的300次左右。
因此，仅从能量密度和循环寿命考虑，钠电池有望首先替代铅酸和磷酸铁锂电池主打的启停、低速电动车、储能等市场，但较难应用于电动 汽车 和消费电子等领域，在这两大领域锂电仍将是主流选择。
安全性高，高低温性能优异。
钠离子电池的内阻比锂电池高，在短路的情况下瞬时发热量少，温升较低，热失控温度高于锂电池，具备更高的安全性。因此针对过 充过 放、短路、针刺、挤压等测试，钠电池能够做到不起火、不爆炸。
另一方面，钠离子电池可以在-40 到80 的温度区间正常工作，-20 的环境下容量保持率接近90%，高低温性能优于其他二次电池。
倍率性能好，快充具备优势。
依赖于开放式3D结构，钠离子电池具有较好的倍率性能，能够适应响应型储能和规模供电，是钠电在储能领域应用的又一大优势。
在快充能力方面，钠离子电池的充电时间只需要10分钟左右，相比较而言，目前量产的三元锂电池即使是在直流快充的加持下，将电量从20%充至80%通常需要30分钟的时间，磷酸铁锂需要45分钟左右。
2.1 资源端：克服锂电瓶颈
锂电池面临资源瓶颈，钠资源相对丰富。锂的地壳资源丰度仅为0.0065%。
根据美国地质调查局的报告，随着锂矿资源勘探力度增加，2020年全球锂矿储量提高到 2100万吨锂金属当量（折合碳酸锂1.12亿吨），同比增长23.5%；若按照每辆电动车使用50kg碳酸锂测算且不考虑碳酸锂的其他下游市场，当前锂储量仅能够满足20亿辆车的需求，因此存在资源端的瓶颈。
分区域看，全球主要锂矿资源国锂储量均有不同程度的提高，澳大利亚和中国增加较多，其中澳大利亚锂储量由2019年的280万吨提高到470万吨锂金属当量，而2020年中国锂储量则大幅提升50%至150万吨锂金属当量。
总体来看，智利和澳大利亚仍为全球前两大锂资源拥有国，2020年分别约占全球锂资源储量的43.8%和22.4%。
与之相比，钠资源的地壳丰度为2.74%，是锂资源的440倍，同时分布广泛，提炼简单，钠离子电池在资源端具有较强的优势。
锂价上涨带来企业成本端的扰动。
从短期来看，由于2021年开始锂的需求增长，而上游锂矿供给有所收缩以及去库存，锂矿以及锂盐价格在2020年见底，2021年上半年价格回升幅度较大；从长期来看，锂资源存在产能瓶颈引发市场对于锂价中枢上移的预期。
对于企业来说，长期稳定的原材料价格对于自身的正常经营意义重大，锂价的持续上涨可能加速企业寻找性价比更高的替代品的进程。
中国锂资源对外依存度较高。
中国锂矿主要分布在青海、西藏、新疆、四川、江西、湖南等省区，形态包括锂辉石、锂云母和盐湖卤水。
受制于提锂技术、地理环境、交通条件等客观因素，长期以来中国锂资源开发较慢，主要依赖进口；近年来随着下游需求增长以及技术进步，中国锂资源开发进度有所加速。
在不考虑库存下，2020年中国锂行业对外资源依赖度超70%，维持较高水平。
发展钠离子电池具备战略意义。
中国大力发展新能源 汽车 的目的除了降低碳排放、解决环境问题之外，减少对传统化石燃料的进口依赖也是重要原因之一。
因此，若不能有效解决资源瓶颈问题，发展电动车的意义就会打一定折扣。
除了锂资源外，锂电池其他环节如钴和镍也面临进口依赖以及价格大幅波动的难题，因此发展钠离子电池具备国家层面的战略意义。
2020年，美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系；欧盟储能计划“电池 2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位，欧盟“地平线2020研究和创新计划”更是将钠离子材料作为制造用于非 汽车 应用耐久电池的核心组件重点发展项目；国内两部委《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出坚持储能技术多元化，加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范。
钠离子电池已经受到越来越多国家的关注和支持。
2.2 材料端：凸显成本优势
正极材料
正极材料使用钠离子活性材料，选择呈现多样化。
正极材料是决定钠离子电池能量密度的关键因素，目前研究和有量产潜力的材料包括过渡金属氧化物体系、聚阴离子（磷酸盐或硫酸盐）体系、普鲁士蓝（铁氰化物）体系三大类。
过渡金属氧化物为当前正极材料主流选择。
层状结构过渡金属氧化物2（M 为过渡金属元素）具有较高比容量以及其与锂电池的正极材料在合成以及电池制造方面的许多相似性，是钠离子电池正极材料有潜力得到商业化生产的主流材料之一。
然而，层状结构过渡金属氧化物在充放电过程中易发生结构相变，在长循环和大电流充放电中容量衰减严重，使其具有较低的可逆容量及较差的循环寿命。
常见的改善手段主要有体相掺杂、正极材料表面包覆等。
中科海钠采用了P2型铜基层状氧化物（P2-Na0.9Cu0.22Fe0.3Mn0.48O2），显著提升正极材料的容量水平，并且电池能量密度达到145Wh/kg；
钠创新能源采用的O3型铁酸钠基三元氧化物（O3-NaFe0.33Ni0.33Mn0.33O2）具有较高的克容量（超过130mAh/g）和良好的循环稳定性；
英国Faradion公司采用镍基层状氧化物材料，电池能量密度超过140Wh/kg。
磷酸钒钠是研究的主流方向之一。
聚阴离子型化合物 , Na[() ] (M 为可变价态的金属离子如Fe、V等，X为P、S等元素)，具有较高电压、较高理论比容量、结构稳定等优点，但电子电导率低，限制了电池的比容量和倍率性能。
目前业界研究最多材料的主要包括磷酸铁钠、磷酸钒钠、硫酸铁钠等，并通过碳包覆以及参入氟元素提升导电性以及容量。
钠创新能源将磷酸钒钠作为重点研发的钠电池正极材料之一，中科院大连物化所已实现三氟磷酸钒钠的高效合成和应用。
普鲁士蓝材料具有更高的理论容量。
普鲁士蓝类材料，Na[()6] (为 Fe、Mn、Ni 等元素)具有开框架结构 , 有利于钠离子的快速迁移；理论上能够实现两电子反应，因此具有高的理论容量。
但在制备过程中存在结构水含量难以控制等问题，并且容易发生相变以及与电解质产生副反应导致循环性能变差。
辽宁星空钠电致力于 Na1.92FeFe（CN）6的产业化研究，理论容量高达170mAh/g； 宁德时代采用普鲁士白（Nan[Fe()6]）材料，创新性地对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题。
钠离子电池在材料端拥有显著的成本优势。
由于碳酸钠价格远低于碳酸锂，并且钠离子电池正极材料通常使用铜、铁等大宗金属材料，因此正极材料成本低于锂电池。
根据中科海钠官网数据，使用NaCuFeMnO/软碳体系的钠电池的正极材料成本仅为磷酸铁锂/石墨体系的锂电池正极材料成本的40%，而电池总的材料成本较后者降低 30%-40%。
负极材料
钠离子电池负极材料主要包括碳基材料（硬碳、软碳）、合金类（Sn、Sb等）、过渡金属氧化物（钛基材料）和磷酸盐材料等。
钠离子半径大于锂离子，难以嵌入石墨类材料，因此锂电池传统的石墨负极并不适用于钠电池。
合金类普遍体积变化较大，循环性能较差，而金属氧化物和磷酸盐材料容量普遍较低。 无定形碳为钠电池主流材料。
在已报道的钠离子电池负极材料中，无定型碳材料以其相对较低的储钠电位，较高的储钠容量和良好的循环稳定性等优点而成为最具应用前景的钠离子电池负极材料。
无定型碳材料的前驱体可分为软碳和硬碳前驱体，前者价格低廉，在高温下可以完全石墨化，导电性能优良；后者价格较高（10-20万元/吨），在高温下不能完全石墨化，但其碳化后得到的碳材料储钠比容量和首周效率相对较高。
以亚烟煤、烟煤、无烟煤为代表的煤基材料具有资源丰富、廉价易得、产碳率高的特点，采用煤基前驱体制备出的钠离子电池负极材料，储钠容量约220mAh/g，首周效率可达80％，是目前最具性价比的钠离子电池碳基负极材料；但该类材料存在微粉多、振实密度低、形状不规则等特性，在电芯生产过程中不利于加工。
中科海钠以亚烟煤、褐煤、烟煤、无烟煤等煤基材料为主体，沥青、石油焦、针状焦等软碳前驱体为辅材，提出一种能够改善煤基钠离子电池负极材料的加工性能和电化学性能的方法，制备工艺简单、成本低廉，能够得到微粉含量低、振实密度高的电池负极材料。
宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料，其具有易脱嵌、优循环的特性；比容量高达350mAh/g，与动力类石墨水平相当。
电极集流体皆为铝箔，成本更低。
在石墨基锂离子电池中，锂可以与铝反应形成合金，因此铝不能用作负极的集流体，只能用铜替代。
钠离子电池的正负极集流体都为铝箔，价格更低；根据中科海钠官网数据，使用 NaCuFeMnO/软碳体系的钠电池的集流体（铝-铝）成本仅为磷酸铁锂/石墨体系的锂电池集流体（铝-铜）成本的20%-30%。
集流体是除正极外，材料成本与锂电池差异最大的环节。
电解液
和锂离子电池相似，钠离子电池电解质主要分为液体电解质、固液复合电解质和固体电解质三大类。
一般情况下 , 液体电解质的离子电导率高于固体电解质。
在溶剂层面，酯类和醚类电解液是最常用的两种有机电解液，其中酯类电解液是锂离子电池体系的主要选择，因为其可以有效地在石墨负极表面进行钝化且高电压稳定性优于醚类电解液。
对于钠离子电池：
首先，目前主流的研发机构依然沿用了酯类溶剂，如PC、EC、DMC、EMC等，针对不 同的正负极和功能配方有所不同，且 PC 的用量占比高于锂电池；
其次，由于在醚类电解液中钠离子和醚类溶剂分子可以高度可逆地发生共插层反应，且有效地在负极材料表面构建稳定的电极/电解液界面，所以受到越来越广泛的关注和研究；
最后，水系电解液也是新的研究领域之一，以水为电解液溶剂替代传统有机溶剂，更加环保安全且成本低。
在电解质层面，锂盐将换成钠盐，如高氯酸钠（NaClO4）、六氟磷酸钠（NaPF6）等。
在添加剂层面，传统通用添加剂体系没有发生明显变化，如FEC在钠离子电池中依然被广泛应用。
其他
隔膜方面，钠离子电池和锂电池技术类似，对孔隙率的要求或有一定差异。
外形封装方面，钠离子电池也包括圆柱、软包和方形三种路线。
根据各家官网显示，中科海钠主要为圆柱和软包路线，钠创新能源则三种技术路线都有。
设备工艺方面，与锂电池区别不大，有利于钠电池沿用现成设备和工艺快速投入商业化生产。
规模化生产后成本有望低于0.3元/Wh。
当前由于产业链缺乏配套、缺乏规模效应，钠离子电池的实际生产成本在1元/以上；政策的支持和龙头企业大力推广有望加速产业化进程，若达到当前锂电池的市场体量，成本有望降至0.2-0.3元/Wh，与锂电池相比具备优势。
3.1 钠离子电池重回舞台，研究热度升温
钠离子电池的研究始于1970年左右，最初与锂离子电池都是电池领域科学家研究的重点方向。
20世纪80年代，锂离子的正极材料研究首先取得突破，以钴酸锂为代表，和由石墨构成的负极材料组合，让锂电池获得了极佳的性能；让两者真正分野的是索尼在1991年成功将锂电池商用化并首先应用于消费电子领域。
锂电池商用化的顺利进行反向抑制了钠离子电池技术路线的发展，当时商用的锂离子电池循环寿命能达到钠离子电池的10倍左右，两种电池的产品性能表现相去甚远，锂离子电池获取了科学家和资本、产业的绝对关注。
2010年之后，由于大规模储能市场的场景逐渐清晰以及产业界对未来锂资源可能面临供给瓶颈的担忧，钠离子电池重新进入人们的视野。
之后十年时间，全球顶尖的国家实验室和大学先后大力开展钠离子电池的研发，部分企业也开始跟进。
包括国际代表Faradion公司、国内代表机构中科海钠和钠创新能源以及锂电池代表企业宁德时代等。
Faradion英国牛津大学主导的Faradion公司成立于2011年，是全球首家从事钠离子电池研究的公司，15年开发出电池系统，材料为层状金属氧化物和硬碳体系。
之后多个国家也成立了相关机构和公司，例如法国科学院从15年开始开发磷酸钒钠电池，夏普北美研究院几乎同时开发长循环寿命的钠电池。
中科海钠
中科海钠成立于2017年，是国内首家专注于钠离子电池研发的公司，公司团队主要来自于中科院物理化学研究所。
2017年底，中科海钠研制出48V/10Ah钠离子电池组应用于电动自行车；2018年9月，公司推出首辆钠离子电池低速电动车；
2019年3月，公司自主研发的30kW/100kWh钠离子电池储能电站在江苏省溧阳市成功示范运行；2020年9月，公司钠离子电池产品实现量产，产能可达30万只/月；
2021年3月，公司完成亿元级 A 轮融资，用于搭建年产能2000吨的钠离子电池正、负极材料生产线；2021年6月，公司全球首套1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运营。
在材料体系方面，正负极材料分别选用成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软碳，电芯能量密度已接近 150 Wh/kg, 循环寿命达4000次以上，产品主要包括钠电池以及负极、电解液等配套材料。
钠创新能源
钠创新能源诞生于2018年，由上海电化学能源器件工程技术研究中心、上海紫剑化工 科技 有限公司和浙江医药股份有限公司共同发起成立，技术团队主要来自于上海交通大学。
2019年4月，正极材料中试线建成并满负荷运行；2020年10月，公司二期生产规划基地建设；2021年7月，公司与爱玛电动车联合发布电动两轮车用钠离子电池系统。
在材料体系方面，公司在铁酸钠基三元氧化物方面研究较为深入，产品主要包括钠电池以及铁基三元前驱体、三元材料、钠电电解液等。
宁德时代
宁德时代从2015年开始研发钠离子电池，研发队伍迅速扩大；2020年6月，公司宣布成立21C创新实验室，中短期主要方向为锂金属电池、固态锂电池和钠离子电池；
2021年7月，公司推出第一代钠离子电池，采用普鲁士白/硬碳体系，单体能量密度高达 160Wh/kg；常温下充电15分钟，电量可达80%以上；
在-20 C低温环境中，也拥有90%以上的放电保持率；系统集成效率可达80%以上，热稳定性远超国家强标的安全要求；
公司表示下一代钠离子电池能量密度研发目标是200Wh/kg以上。
在系统创新方面，公司开发了 AB 电池系统解决方案，即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭，集成到同一个电池系统里，通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。
AB电池系统解决方案既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板，也发挥出了它高功率、低温性能好的优势；以此系统结构创新为基础，可为锂钠电池系统拓展更多应用场景。公司已启动相应的产业化布局，计划2023年形成基本产业链。
3.2 剑指储能和低速车市场，潜在市场空间大
预计2025年钠离子电池潜在市场空间超200GWh。
根据上文分析，钠离子电池有望率先在对能量密度要求不高、成本敏感性较强的储能、低速交通工具以及部分低续航乘用车领域实现替代和应用。
暂不考虑电池系统层面的改进（如锂钠混搭）对应用场景的拓展，2020年全球储能、两轮车和A00车型装机量分别为14/28/4.6GWh，预计到2025年三种场景下的电池装机量分别为180/39/31GWh，对应2025年钠离子电池潜在市场空间为250GWh。
钠离子电池作为二次电池重要的技术路线之一，在当前对上游资源紧缺度和制造成本的关注度逐步升温的情况下，凭借资源端和成本端的优势重新得到市场的广泛关注。
但由于钠离子电池本身能量密度较低且提升空间有限，因此在行业内更多地扮演新能源细分领域替代者的角色，有望率先在对能量密度要求不高、成本敏感性较强的储能、低速交通工具以及部分低续航乘用车领域实现替代和应用，对中高端乘用车市场影响十分有限。
在龙头企业的推动下，钠离子电池的产业化进程有望加速。
行业公司：
1）布局钠离子电池相关技术的传统电池和电池材料企业。
尽管技术路线有差异，但传统的锂电龙头企业在资金和研发方面优势明显，对各种技术路线具有较高的敏感性，对钠离子电池相关技术也多有布局。
宁德时代、鹏辉能源，公司在钠电领域皆保持长期的研发投入，后者预计21年年底电池量产；杉杉股份、璞泰来、新宙邦，关注欣旺达、容百 科技 、翔丰华，上述公司在钠电池或材料领域皆有专利或研发布局。
2）投资钠离子电池企业的公司。
华阳股份，公司间接持有中科海钠1.66%的股权；浙江医药，公司持有钠创新能源40%的股权。
3）产业链重塑带来的机会。
钠离子电池的起量将带动正负极、电解液锂盐技术路线的变更，新的优秀供应商将脱颖而出。
华阳股份，公司与中科海钠既有股权关系，又有业务合作，生产的无烟煤是海钠煤基负极的重要原料之一，并且与后者合资建设正负极材料项目；中盐化工、南风化工，公司具备上游钠盐储备。
1）钠离子电池技术进步或成本下降不及预期的风险：
钠离子电池的产业化还处于初期阶段，若技术进步或者成本改善的节奏慢于预期，将影响产业化进程，导致其失去竞争优势。
2）企业推广力度不及预期的风险：
当前由于规模较小、产业链缺乏配套，钠电池生产成本较高，其规模化生产离不开龙头企业的大力推广；若未来企业的态度软化，将影响钠电池产业化进程。
3）储能、低速车市场发展不及预期的风险：
钠离子电池主要应用于储能和低速车等领域，若下游市场发展速度低于预期，将影响钠电池的潜在市场空间。
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作者：平安证券 朱栋 皮秀 陈建文 王霖 王子越
报告原名：《电力设备行业深度报告：巨头入场摇旗“钠”喊，技术路线面临分化 》
钠电池的缺点和不足有寿命短、放电快。
钠离子电池是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。2018年12月，南京理工大学夏晖教授与中外团队合作，首创结构设计和调控方法，在锰基正极材料研究方面取得重要进展。
钠离子电池研究最早开始于上世纪八十年代前后，早期被设计开发出来的电极材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2电化学性能不理想，发展非常缓慢。寻找合适的钠离子电极材料是钠离子储能电池实现实际应用的关键之一。
2010年以来，根据钠离子电池特点设计开发了一系列正负极材料，在容量和循环寿命方面有很大提升，如作为负极的硬碳材料、过渡金属及其合金类化合物，作为正极的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料。
特别是层状结构的NaxMO2（M= Fe、Mn、Co、V、Ti）及其二元、三元材料展现了很好的充放电比容量和循环稳定性。
1、优点，水系锌离子电池具有安全、成本低、环保、资源丰富且电化学特性优异等优点，被认为是有前景的储能器件。2、缺点，电池常用的液体电解液具有析氢析氧等副反应，同时还有较差的高低温性能和泄露的危险。
▲第一作者：宋丽娜、张伟、王颖；通讯作者：徐吉静教授 通讯单位：吉林大学
论文DOI：10.1038/s41467-020-15712-z
针对锂氧气电池存在的反应动力学缓慢而导致能量转换效率低的问题，研究者通常开发高效、稳定的正极催化剂来降低电池的充电极化电压提高反应动力。该工作将Co单原子固定于掺杂N的碳球壳载体上，用于锂氧气电池的高效催化反应，实验发现Li2O2形成和分解路线与LiO2在单原子催化剂的吸附能有关。研究明确指出，在放电过程中，原子级分散的活性位点能够诱导放电产物的均匀成核和外延生长，最终形成有利的纳米花状放电产物。在充电过程中，CoN4活性中心对放电中间体LiO2弱的吸附能，诱导充电反应由两电子路径向单电子路径转变。 得益于高分散的Co-N单原子催化剂的能级结构和电子结构所发生的根本性变化，大幅提升了电池的充电效率和循环寿命。与同等含量的贵金属基催化剂相比，达到600 mV充放电极化电压的降低和218天的长寿命循环。
锂氧气电池具有锂离子电池10倍以上的理论容量密度，被誉为颠覆性和革命性电池技术 。然而该电池还处于研发的初级阶段，受限于ORR和OER电化学反应动力学缓慢，电池的实际容量、倍率性能、能量效率和循环寿命距产业化应用还有很大差距。因而开发高效稳定的催化剂，是提高电池反应动力和循环效率的迫切需要。原子级纳米晶具有最大化的原子利用效率和独特的结构特点，往往表现出不同于传统纳米催化剂的活性、选择性和稳定性，为调控电化学反应过程提供了多种可能。在锂氧电池中，电解液中可溶性LiO2中间体能够调控放电产物Li2O2的形成与分解路线。先前的研究结果表明[1]，不同的生成路线与LiO2在催化剂的不同晶面上的吸附能有关。 因此，探究单原子催化剂的尺寸效应对LiO2吸附能的影响，可能是一种调整低供体数电解质中过氧化锂形成与分解路径的新思路。这一新发现将为高能量效率和长循环寿命的锂氧电池的设计提供更多的选择。
单原子催化剂（SACs）是一类非常重要的电催化剂，其独特的单分散结构集均相催化和多相催化剂的优点于一身，拥有最大的金属利用率、优异的催化活性和稳定性。同时，SACs的活性位点相对简单确定且易于调控，因而这种独特的结构和性能使得单原子催化剂成为了一个非常理想的催化机理研究和性能优化的材料平台。然而当单原子催化剂与锂空气电池相遇，会擦出怎样的火花呢？本文采用原位聚合技术，设计合成了Co单原子嵌入的氮掺杂碳空心球（N-HP-Co）用于锂氧气电池的研究，并对其充放电过程进行详细分析。其结果表明，受益于N-HP-Co最大化暴露的CoN4单原子活性位点及活性位点在碳球壳上的均匀分布，降低了对LiO2的吸附能力，有效的改变了电池的反应路径，使得电池反应动力学得到极大提高，大幅提升了电池性能。
▲图一 单原子催化剂的合成过程。
单原子催化剂由于活性位点均匀性的提高以及配位环境的高度可控性，在许多催化反应中都表现出较高的催化活性。因此将单原子Co催化剂应用于锂氧气电池中，来探究对Li2O2形成与分解反应路径的影响。我们采用原位聚合的方法，以二氧化硅作为模板，盐酸多巴胺作为碳源，并在900 °C的氮气氛围内热解。
▲图二 单原子催化剂的特性表征。a, b) 样品的SEM图像（a：1微米；b：200纳米）；c) 样品的TEM图像（主图：200纳米；插图：10纳米）；d) 样品的EDX元素分析（50纳米）；e, f) 样品的HAADF-STEM图像（e：50纳米；f：2纳米）；g) 样品及对比材料的XRD图像；h) 样品的N 1s XPS光谱；i) 样品及对比材料的氮气吸附曲线。
▲图三 单原子催化剂的原子结构分析。a) 样品的XANES光谱；b) 样品的傅里叶转换的Co-K边光谱；c, d)样品在k和R空间的EXAFS拟合曲线。
N掺杂的碳球壳作为载体是锚定Co单原子的关键步骤。高角度环形暗场球差电镜（HAADF）、能量色散谱（EDX）元素映像图表和X射线吸收光谱（XAS）测试等关键性表征技术证实了单原子Co的成功制备和CoN4高活性位点的存在。
▲图四 单原子催化剂的放电机理研究。a) 样品及对比材料的放电曲线；b) 样品及对比材料的CV曲线；c) 样品及对比材料的倍率性能；d, e, f) 样品及对比材料的放电产物的SEM图像及相应的XRD谱图（500纳米）；h, i) 样品及对比材料的放电机理图。
受益于N-HP-Co SACs最大化暴露的CoN4单原子活性位点在碳球壳上的均匀分布，电极氧化还原反应动力学得到极大提升，加快了放电产物Li2O2的形成速率，大幅提升了电池的放电容量和倍率性能。与同等含量的贵金属催化剂相比，在相同的电流密度和容量下，N-HP-Co SACs具有更多的反应活性位点，因而更有利于生成纳米片状的Li2O2，并通过“外延生长方式”进一步组装形成有利的纳米花状Li2O2。这种特殊的放电机制有利于打破电荷传输限制和放电产物电化学绝缘的本质。
▲图五 单原子催化剂的充电特性。a) 样品及对比材料在不同充电阶段的紫外可见光谱图；b) 样品的充电机理图；c-h) 样品及对比材料上的不同结构对LiO2的吸附能。
为了更全面地了解CoN4单位点催化剂的充电机理，通过密度泛函理论(DFT)计算表明复杂的配位环境可以显著改变中心金属原子CoN4对LiO2*的吸附能力，从而调控反应的活性和选择性。可以看出，CoN4活性中心对放电中间体LiO2弱的吸附能，有利于提高LiO2在电解质中的溶解度，诱导充电反应过程由两电子路径向单电子路径转变。因而有利于提高电池的充电效率。
▲图六 锂空气电池的循环稳定性。a) 样品及对比材料的循环性能；b-e) 样品及对比材料在不同循环过程中放电产物的SEM图像（b, d：1微米；c, e：500纳米）；f, g) 样品及对比材料在不同循环过程中的放电产物的XPS光谱。
单原子催化的锂空气电池可以有效的抑制副反应的发生，并展现出优异的循环稳定性，充分验证了催化剂对放电产物的精准调控对稳定电池体系的重要作用。
▲图七 单原子催化剂在循环过程中的稳定性。a) 样品在全圈循环后的XPS光谱；b) 样品在多圈循环后的EDX光谱（200纳米）；c) 样品在多圈循环后的XANES光谱；d) 样品在多圈循环后的傅里叶转换的Co-K边光谱。
N-HP-Co 在50次的循环过程中，Co的单原子结构依然被保留。Co单原子在碳载体上的固有稳定性使它们在电化学反应中具有优异的耐久性，这一显著的优势与低成本的优势相结合，为金属单原子催化剂在锂氧电池反应路线的可调性提供了新的策略。
单原子催化剂的合成受到草莓生长过程的启发，采用二氧化硅为模板，原位聚合生成氮掺杂的Co单原子催化剂。由于单原子催化的本质特征，低配位环境和单原子与碳球壳之间的协同作用能够精准的调控锂氧气电池中放电产物的生成与分解路线。与同等含量的贵金属催化剂相比，单原子催化剂不仅能够调控放电产物的形貌，同时增加了放电容量，避免了过多的副反应的发生，极大地提高了电池的电催化性能。该研究提出的单原子催化正极的概念、设计、制备及催化机制，将为锂空气电池领域新型催化剂的发展提供新的研究思路和科学依据，具有鲜明的引领性和开创性特征。
参考文献 [1] Yao, W. T. et al. Tuning Li2O2 formation routes by facet engineering of MnO2 cathode catalysts. J. Am. Chem. Soc.,2019,141,12832-12838.
徐吉静，1981年7月出生于山东省单县，现任吉林大学，化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室，未来科学国际合作联合实验室，教授，博士生导师。光学晶体标准化技术委员会副秘书长。主要从事多孔新能源材料与器件领域的基础研究和技术开发工作，研究方向包括锂（钠、钾、锌）离子电池关键材料及器件，锂空气（硫、二氧化碳）电池等新型化学电源，外场（光、力、磁、热）辅助能量储存与转化新体系。近5年共发表SCI学术论文50余篇，其中包括第一作者/通讯作者论文：Nat.Commun.3篇、Nat.Energy 1篇、Angew.Chem.Int.Ed. 2篇、Adv.Mater.3篇、Energy Environ.Sci.1篇、ACS Nano 1篇、ACS Cent.Sci.1篇。迄今为止，论文被他引4000余次，单篇最高引用360次，12篇论文入选ESI高引论文，研究成果被Nature、Science等作为亮点报道。获授权发明专利和国防专利10项。曾获科睿唯安“全球高被引学者”（2019年）、吉林省拔尖创新人才（2019年）、吉林省青年 科技 奖（2018年）和吉林大学学术带头人（2018年）等奖项或荣誉。
钠电池的研究始于1960年。高温钠硫电池首先被开发出来。该电池采用熔融的金属钠作为负极，熔融的单质硫作为正极，并采用具有钠离子电导率的固态电解质作为隔膜。但由于其存在巨大的安全隐患，近些年来有关钠电池的研究主要集中在降低电池的工作温度上。在70年代末期和80年代初期，对常规锂离子和钠离子插层型材料的研究工作开始引起全世界的关注。但是由于缺少合适的负极材料，钠离子电池的商业化并没有进入到实质阶段。但由于钠资源储量丰富以及分布广泛，钠离子电池被认为是未来大规模、低成本储能系统的理想候选产品。自2009年以来，与钠电池有关的论文数量有着显着增长。由于传统的石墨负极材料的储钠性能远远低于储锂性能。目前大多数研究活动都致力于开发高性能负极材料以提高钠离子电池的能量密度。 最近，由于其较高的理论比容量（1166 mA h g-1）和较低的电极电势，科学人员的研究兴趣重新集中在钠金属负极的研究上。采用金属钠为负极的电池，例如室温钠硫（Na-S）电池，室温钠氧（Na-O2）电池和室温 ZEBRA型钠金属卤化物电池具有非常大的潜力成为新一代高比能量、低成本的储能装置。但目前关于钠金属负极的研究仍处于起步阶段，其在电池充放电反应过程中的复杂机理还没有被完全了解。为了在实际的可充电电池系统中有效使用钠金属负极，需要克服诸多挑战。首先，抑制钠枝晶的生长可以提高电池的安全性能。其次，提高电极循环过程中的库仑效率可以最大程度地减少所需金属钠的用量，从而降低材料成本，增加整个电池系统的能量密度。同时出色的循环性能可以延长电池的使用寿命以满足客户的需求
钠，铝，碱液能否形成原电池，这也太快了，不能控制住速率的！太多危险！ 如用Na，也有钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。 卡内基·梅隆大学的官方网站显示，贝廷格和惠特克发明了一种可食用的钠电池，并在4月发表了相关论文。这种电子药丸能在患者体内检测体征情况，精确性把药物送到需要治疗的患处，并且最终能被人体消化吸收。值得注意的是，4月初，一家专门研制钠电池的初创公司-阿奎恩能量公司获得了比尔·盖茨领投的3500万美元融资。阿奎恩成立于2007年，与卡耐基·梅隆大学一样坐落于匹兹堡市。而公司的创始人、现任的首席技术官，正是惠特克教授。 新的研究表明，钠充电电池可以取代锂离子电池，以支持电子产品和电动车。这将需要使用一个含有铁的新电极材料，而不是镍和钴。钠和铁的广泛使用可降低成本，同时还能创造更高密度的电池。电池将需要重新设计，以容纳不同的化学反应和较大的钠原子。东京理科大学以Shinichi Komaba为首的研究人员提出了混合三氧化二铁，氧化钠，氧化锰等材料成粉末，然后放入一个球，并在摄氏900度加热12个小时。由此产生的材料配方是NA2/ 3[Fe1/2Mn1/2] O2，以及被用来形成电池正极与负极的金属钠，平均电压为2.75V。
研究亮点（1）利用原位磁性监测技术研究了一个典型的Fe3O4/Li电池内部电子结构的演化；（2）揭示了Fe3O4/Li体系中，表面电荷容量是额外容量的主要来源；（3）金属纳米粒子的表面电容机制可以推广到大范围的过渡金属化合物中。图文导读1.结构表征和电化学性能用传统的水热法合成了单分散的空心Fe3O4纳米球，在100 mA g−1电流密度下充放电（图1a），第一次放电容量为1718 mAh g−1，在第二次和第三次分别为1370 mAh g−1和1364 mAh g−1，远远超过926 mAh g−1的理论预期。完全放电产物的BF-STEM图像（图1b-c）表明，经锂还原后，Fe3O4纳米球转化为尺寸约为1-3nm的更小的Fe纳米颗粒，分散在Li2O中。为了证明在电化学循环过程中磁性的变化，获得了完全放电至0.01V后的磁化曲线（图1d），显示了由于纳米铁颗粒的形成而产生的超顺磁性行为。图1（a）在100 mA g−1电流密度下循环的Fe3O4/Li电池的恒流充放电曲线；（b）全锂化Fe3O4电极的BF-STEM图像；（c）团聚体中存在Li2O和Fe的高分辨率BF-STEM图像；（d）Fe3O4电极在锂化过程前（黑色）和之后（蓝色）的磁滞曲线，以及后者（紫色）的Langevin拟合曲线。2.结构和磁演化的实时检测为了将电化学与Fe3O4的结构和磁性变化联系起来，对Fe3O4电极进行了原位X射线衍射（XRD）和原位磁性监测。在从开路电压（OCV）到1.2V的初始放电过程中，一系列XRD衍射图中的Fe3O4衍射峰在强度和位置上都没有明显的变化（图2a），表明Fe3O4只经历了Li插层过程。当充电到3V时，Fe3O4的反尖晶石结构仍然保持完好，这表明在这个电压窗口中的过程是高度可逆的。进一步进行了与恒流充放电试验相结合的原位磁性监测，以研究磁化是如何实时演变的（图2b）。图2原位XRD和磁性监测表征。（a）原位XRD图；（b）研究了Fe3O4在3 T外加磁场下的电化学充放电曲线及相应的可逆原位磁响应。为了从磁化强度变化的角度对这种转换过程有一个更基本的了解，实时收集了磁性响应，以及伴随电化学驱动反应的对应相变（图3）。很明显，第一次放电时，Fe3O4电极的磁化响应与其他循环不同，这是由于第一次锂化过程中Fe3O4发生不可逆相变所致。当电位降至0.78V时，Fe3O4的反尖晶石相转变为含Li2O的FeO类盐石结构，Fe3O4相在充电后无法恢复。相应地，磁化强度迅速下降至0.482μbFe−1。随着锂化的进行，没有新相形成，（200）和（220）类FeO衍射峰的强度开始减弱。当Fe3O4电极完全锂化时，没有明显的XRD峰保留（图3a）。注意到当Fe3O4电极从0.78V放电到0.45V时，磁化强度（从0.482 μb Fe−1增加到1.266μbFe−1），这归因于FeO到Fe的转化反应。然后，在放电结束时，磁化强度缓慢下降至1.132 μB Fe−1。这一发现表明，完全还原的金属Fe0纳米颗粒仍可能参与锂存储反应，从而降低电极的磁化强度。图3相变和磁响应的原位观测。（a）Fe3O4电极第一次放电过程中采集的原位XRD图；（b）Fe3O4/Li电池在外加磁场3 T下电化学循环的原位磁力测定。3.Fe0/Li2O体系的表面电容Fe3O4电极的磁性变化发生在低电压下，在该电压下最有可能产生额外的电化学容量，这表明电池内存在未发现的电荷载体。为了探索潜在的储锂机理，利用XPS、STEM和磁性能谱等手段，研究了Fe3O4电极在0.01V、0.45V和1.4V的磁化峰，以确定磁性变化的来源。结果表明，磁矩是影响磁性变化的关键因素，因为测量到的Fe0/Li2O体系的Ms不受磁各向异性和粒子间耦合的影响。为了进一步了解Fe3O4电极在低压下的动力学性质，在不同的扫描速率下进行了循环伏安测量。如图4a所示，矩形循环伏安曲线出现在0.01V和1V之间的电压范围内（图4a）。图4b表明Fe3O4电极上发生了电容响应。伴随恒流充放电过程的高度可逆磁响应（图4c），电极的磁化强度在放电过程中从1V下降到0.01V，在充电过程中又重新增加，说明Fe0的类电容表面反应是高度可逆的。图4在0.01–1 V下的电化学性能和原位磁性表征。（a）循环伏安曲线。（b）利用峰值电流与扫描速率的相关性确定b值；（c）在5 T外加磁场下，磁化强度相对于充放电曲线的可逆变化。上述Fe3O4电极的电化学、结构和磁性特征表明，额外的电池容量是由Fe0纳米粒子的自旋极化表面电容引起的，并伴随磁性变化。自旋极化电容是界面上自旋极化电荷积累的结果，在充放电过程中可以显示磁响应。对于Fe3O4基电极，在第一次放电过程中，分散在Li2O基底中的细Fe纳米颗粒具有较大的表体积比，由于高度局部化d轨道，可实现费米能级的高状态密度。根据Maier的空间电荷储存理论模型，作者提出在金属Fe纳米粒子的自旋分裂带中，可以储存大量电子，这可能会在Fe/Li2O纳米复合材料中产生自旋极化表面电容（图5）。图5Fe/Li2O界面自旋极化电子的表面电容示意图。（a）铁磁性金属颗粒表面（放电前后）的自旋极化态密度示意图，与铁的体自旋极化相反；（b）超储锂表面电容模型中空间电荷区的形成。总结与展望通过先进的原位磁性监测，研究了TM/Li2O纳米复合材料内部电子结构的演变，以揭示该锂离子电池额外存储容量的来源。结果表明，在Fe3O4/Li模型电池系统中，电化学还原的Fe纳米颗粒能够储存大量的自旋极化电子，导致过大的电池容量和明显改变的界面磁性。实验进一步验证了CoO、NiO、FeF2和Fe2N电极材料中存在这种电容，说明锂离子电池中金属纳米粒子的自旋极化表面电容的存在，并为这种空间电荷存储机制在其它过渡金属化合物基电极材料上的应用奠定了基础