对具有不同电极和电解质材料的锂离子电池和钠离子电池的性能进行基准测试

钠离子 (Na-ion) 电池被认为是锂离子 (Li-ion) 电池的一种有前途的替代品，因为钠的供应充足，有助于降低与锂离子电池相关的供应链风险。许多研究都集中在锂离子电池的设计上，探索其能量、功率和成本方面。然而，仍然缺乏对钠离子电池进行类似的研究。使用不同类型的电极和电解质的钠和锂离子电池的电池电压特性和倍率能力比较。对于钠离子电池，使用的电解质是 NaPF ₆和 NaClO ₄ ，使用的电极是 NaCoO ₂ 、NaNiO ₂ 、NaFePO ₄ 、(Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ )、石墨、硬碳、钠金属和钛酸钠。对于使用 LiPF ₆和 KOH 电解质以及电极为 LiCoO ₂ 、NMC、LVP、Li ₂ MnSiO ₄ 、石墨、硅、钛酸锂 (LTO)、锂金属的锂离子电池。调查的一部分是对六个重要性能指标的彻底分析：Ragone 图、电解质盐浓度与空间坐标、电解质电位与空间坐标、电池电压与电池单元充电状态、电池电压与时间以及状态变量与时间。比较工作电压和额定容量，锂离子电池选择 NMC 和石墨，因为这种组合可提供高达 4.2 V 的工作电压和 275 Wh/kg 的额定容量，钠离子选择 NaCoO ₂和硬碳，其工作电压为 2.5–3.8 V，额定容量约为 200 Wh/kg，另一种电极组合为 NaFePO ₄和钠金属与 NaClO ₄电解质，最大工作电压为 2.8–3.8 V，额定容量约为 200 Wh/kg。本文表明电解质选择对电池性能有显著影响。 Ragone 图表明，锂离子电池中的LiPF ₆电解质和钠离子电池中的NaPF ₆电解质分别比 KOH 和 NaClO ₄电解质表现出更高的比能量密度。本文介绍的工作鼓励研究人员为锂离子和钠离子电池选择替代电解质和电极，以获得最佳的设备性能。