三一技术装备：层状金属氧化物钠电路线抢夺产业化先机

近一年，钠离子电池爆发的星星之火，凸显了其在缓解锂资源、锂成本焦虑中的商业价值。钠离子电池按正极划分可分为层状金属氧化物材料、聚阴离子材料和普鲁士蓝类材料三类。

钠电正极原材料解决方案

钠离子电池三条正极路线各有优劣，短期内层状过渡金属氧化物材料发展最为成熟，产业传导路径顺畅，最先具备产业化基本条件，而从长期来看，三路线并行发展，层状金属氧化物比容量高，聚阴离子路线循环优异，普鲁士蓝类材料成本最低，有望形成三足鼎立、优势互补新局面。备备在上一篇向大家介绍了聚阴离子的情况，但其实层状金属氧化物路线已早早地抢夺了产业化先机。

01 钠电三条路线各有优劣，层状金属氧化物发展最成熟

钠离子电池组成与锂离子电池类似，主要由正极、负极、电解液、隔膜几大部分组成。目前，常用的钠离子正极材料主要为层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物三类。其中，层状过渡金属氧化物与锂电三元材料类似，聚阴离子化合物则更接近磷酸铁锂结构，普鲁士蓝是钠电新增路线。

短期层状过渡金属氧化物材料走在产业化最前列。与其他两种路线相比，层状氧化物路线发展最为成熟，产业传导路径顺畅，最先具备产业化基本条件。层状过渡金属材料基本无短板，电化学性能在三者中最为优异，理论比容量最高（~240mAh/g）。且由于其合成方便、结构简单、原料来源广，是最具潜力的钠离子电池正极材料之一。

长期三路径或并行发展。长期来看，其他两路径各有优劣。聚阴离子化合物路线表现出较高的热稳定性、安全性和循环性，但其比容量低，导电性差，材料较贵。而普鲁士蓝化合物合成成本很低，比容量较高（~170mAh/g），快充性能优异，但结构中结晶水难以去除，存在一定的安全隐患，且对循环性能有较大负面影响。如果未来两类材料限制因素得到改善，有望形成三足鼎立、优势互补新局面。

图1：三类正极材料性能优劣对比

图2：三类正极材料应用前景评估

注：O3及P2相均属于层状金属化合物

资料来源：Advanced Energy Materials《SodiumIon Batteries:From Academic Research to Practical Commercialization》

表1：钠离子电池和锂离子电池正极材料电化学性能对比

02 层状金属氧化物路线无短板，制备工艺承袭锂电三元

比容量高，综合性能无短板。层状过渡金属氧化物（NaxMO2）结构同锂离子三元材料类似，由过渡金属层和碱金属层交替排布。该路线比容量最高，压实密度存在显著优势，具备制备较高能量密度钠离子电池潜能。与三元锂电材料相比，大体积的Na+在层状结构中的脱嵌过程往往会对材料结构造成不可逆改变（~23%），从而影响材料循环性能，需要通过元素掺杂等方法加以改性。从材料角度，层状过渡金属氧化物材料无明显短板，适用于各领域储能需求。

层状过渡金属氧化物以O3型（八面体型）和P2型（三棱柱型）为主流。O3型结构容量保持率低，但Na+含量高，能量密度高。P2型结构则与之互补，循环性能较好，而比容量受到限制，且实际使用过程中必须配合补钠剂使用，还未能成为主流。

图3：层状过渡金属氧化物正极材料结构对比

资料来源：Advance Energy Materials《Electro chemistry and Solid-State Chemistry of NaMeO2(Me=3d Transition Metals)》，国泰君安证券研究

层状金属氧化物工艺易于放大，液相法与锂电三元工艺大同小异。层状金属氧化物作为发展最为成熟的路线，制备过程简单，易于放大，从技术端向产业端传导更顺畅。目前产业化层状金属氧化物钠离子电池工艺主要有液相法与固相法两类，其中，除原材料和具体工艺参数外，液相法与锂电三元正极材料制备工艺高度一致，锂电设备复用率高，易于钠离子电池的迅速产业化。固相法与液相法相比，无需前驱体制备步骤，但烧结温度更高。

（本文来自三一技术装备制造有限公司）

责任编辑：Miranda