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鈉離子電池（SIB）是一種基于“搖椅式”充放電機制的二次電池。其工作原理與鋰離子電池（LIB）高度相似：充電時，鈉離子（Na?）從正極脫出，經(jīng)電解液嵌入負極；放電時則反向運動。核心區(qū)別在于活性載流子為地球上儲量豐富、分布廣泛的鈉元素（地殼豐度約2.3%，遠高于鋰的0.006%），這為解決鋰資源短缺和成本問題提供了關(guān)鍵路徑。

圖1 搖椅式電池

Part.1

產(chǎn)業(yè)鏈全景：從材料到應(yīng)用

鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈主要變化集中在中游和正極。鈉電池的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)與鋰電池相似，負極、電解液、隔膜基本保持目前的競爭格局，集流體不再需要銅箔。主要技術(shù)路線的電池企業(yè)不同，所需要的正極材料或其關(guān)鍵材料也不同。

上游材料：正極材料（層狀氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍類等）、負極材料（硬碳為主）、電解液（鈉鹽+溶劑）、隔膜、集流體（正極和負極都可用鋁箔）。

中游制造：電池芯制造（極片涂布、卷繞/疊片、注液、封裝）、模組與電池包集成（Pack）。

下游應(yīng)用：大規(guī)模儲能（電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)）、電動兩輪車/低速電動車、啟停電源、備用電源等領(lǐng)域，在成本敏感型儲能場景優(yōu)勢顯著。

Part.2

核心正極材料體系

層狀氧化物 (NaxTMO?)：制備工藝成熟、能量密度較高（如銅鐵錳基體系），但存在相變復(fù)雜、循環(huán)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)，類似鋰電NCM/NCA。

圖2 Apreo 2拍攝獲得的層狀氧化物結(jié)構(gòu)

聚陰離子化合物：以磷酸鹽（如Na?V?(PO?)? - NVP）、硫酸鹽（如Na?Fe?(SO?)?）、氟磷酸鹽（如Na?V?(PO?)?F? - NVPF）為代表。具有穩(wěn)定開放框架結(jié)構(gòu)、優(yōu)異熱/電化學(xué)穩(wěn)定性及長循環(huán)壽命，但能量密度和電子電導(dǎo)率相對較低，常需碳包覆/納米化。

圖3 Apreo 2拍攝獲得的聚陰離子化合物結(jié)構(gòu)

普魯士藍類化合物 (PBAs)：具備理論容量高、成本低、倍率性能好的優(yōu)勢，但結(jié)晶水難以徹底去除，影響循環(huán)穩(wěn)定性與庫倫效率。通式為AxM[Fe(CN)6]y·zH2O (A=Na, M=Fe, Mn, Ni等)。

圖4 普魯士化合物空間結(jié)構(gòu)

Part.3

掃描電鏡 ：鈉電池材料表征利器

掃描電鏡憑借其高分辨率和大景深成像能力，在鈉電池研發(fā)中扮演著不可或缺的角色。

形貌觀測：直接觀察正/負極材料顆粒的尺寸、形貌、均勻性（如硬碳孔隙結(jié)構(gòu)、層狀氧化物片狀形貌），評估材料合成質(zhì)量。

電極結(jié)構(gòu)分析：觀察電極涂層均勻性、厚度、孔隙結(jié)構(gòu)以及活性物質(zhì)/導(dǎo)電劑/粘結(jié)劑分布狀態(tài)。

失效分析：檢查循環(huán)后電極材料顆粒破碎、團聚、裂紋等機械失效現(xiàn)象，揭示容量衰減機制。

結(jié)合EDS：進行微區(qū)元素分布Mapping，確認材料組分均勻性、雜質(zhì)分布、表面修飾效果等。

Part.4

賽默飛Apreo 2助力鈉電研發(fā)

鈉離子電池憑借其資源與成本優(yōu)勢，已成為儲能和特定動力應(yīng)用領(lǐng)域極具潛力的“后起之秀”。層狀氧化物、聚陰離子和普魯士藍三大正極材料體系各具特色，共同推動性能優(yōu)化。先進表征技術(shù)如掃描電鏡，則為深入理解材料微觀結(jié)構(gòu)與電池失效機制提供了關(guān)鍵支撐。賽默飛超高分辨場發(fā)射掃描電鏡Apreo 2兼具低電壓高質(zhì)量成像和多功能分析性能于一體，采用雙引擎技術(shù)，超低電壓下可直接分析鈉電池材料，且無需做噴鍍處理。如圖2和圖3展示案例所示，在低電壓下，直接將鈉電正極粉體置于Apreo 2電鏡中進行拍攝，同時憑借快捷的FLASH功能，設(shè)備可自動執(zhí)行精細調(diào)節(jié)動作，只需移動幾次鼠標，就可完成必要的合軸對中、消像散和圖像聚焦校正，即使電鏡初學(xué)者也能充分發(fā)揮Apreo 2的最佳性能。

隨著材料創(chuàng)新、工藝成熟與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，鈉離子電池有望在構(gòu)建可持續(xù)能源體系中發(fā)揮越來越重要的作用。