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[交流] 通俗讲解锂离子电池与钠离子电池已有5人参与

人类进步的过程就是研究化学元素周期表的过程。电子从正极流向负极就是放点，负极流向正极就是充电。锂离子电池最好的电量是保持20%-90%，石墨烯电池是不存在的，石墨烯是单层的石墨，1g大概是3000元，超过5层是石墨1吨大概3000元。1个氢原子只有一个电子，参与充放电的效率是100%。1个锂有3个电子，里面的2个电子不参与反应最外层1个电子效率是33%。同样类比锌有33个电子只有最外层2个电子参与效率是6.7%。一个电子对应一个质子，每个质子都是一份实实在在的重量。所以按能量计算同等下就需要1个氢或者3个锂或者15个锌，锌做电池太大太重了。按此，适合做电池的只有元素周期表前10来种。He、Ne惰性气体跟谁都不反应，排除，氧和氟喜欢从别人那里吸收电子也不能用，而氮也确实很淡定，不喜欢和任何人发生反应，也不能用，所以综合考虑只有这个比较合适就是锂。
   充电的时候锂离子就从电解液里穿过绝缘层一直游到负极。在一层一层的石墨房间里等着。电子从导线过来到负极找到锂离子，一结合又变回到锂。放电的时候锂离子从负极游回到正极，电子从导线回来，在正极找到锂离子又变回成锂。其实负极部分一层层的石墨房间还有很多位置，还可以容纳很多的锂离子，所以电池的技术改进主要在正极部分。同等质量的汽油和锂电池做对比的话，假设燃烧汽油产生的能量是100，锂电池的能量其实只有1，这是因为锂电池里的锂太少了。一节标准18650电池是46克，而其中的锂只有1克，其他的45克都是让锂顺利的发挥作用。保护壳绝缘层电解液石墨等其他物质，而这仅仅1克的锂还有将近一半要留在正极和其他物质一起搭建正极的房间，发挥作用的锂就更少了，所以同等质量的锂电池的能量密度只有汽油的大概1点多，那锂电池还有价值吗，因为锂电池可以反复充放电而燃油发挥一次就没有了。
   钠离子电池，是将正极材料换成了钠离子聚合物。钠和锂在元素周期表上处于同一列，都是最外层只有一个电子，易失电子的活泼金属元素，二者的元素性质比较接近，因而钠离子电池的原理与锂离子电池基本一致。那将锂替换为钠有什么好处呢？首先是便宜，锂在地壳中的含量约为0.0065%，而钠高达2.83%。锂资源的分布不均也进一步加剧了锂价格的风险，尤其对于锂资源相对匮乏的中国市场。钠作为一种及其富足的资源开始显现出其优势。同时，钠相较锂多一层电子，直径相较锂大出了约70%，因此对电解液的浓度要求更低。在电解液中，盐占据了绝大部分的成本，因此低浓度电解液也可以有效的降低电解液的成本。
   另外，锂离子会与铝反应形成合金，因此锂离子电池智能选择铜作为负极集流体的材料。而钠离子不会与铝发生反应，采用铝材质的集流体，可以降低8%左右的成本，同时还能减重约10%。除了价格，钠离子电池在性能上也有独到之处。钠离子电池没有锂离子电池那样的无过放电特性，也就是说，钠离子电池可以将电放光至0V也不受影响，而锂离子电池过放会严重影响电池容量级寿命，甚至直接报废。因此，钠离子电池可以将电量完全放空进行安全存储，使用上也不会像锂离子电池那样娇嫩。同时，钠离子电池还有着更强的循环寿命。
   目前电池行业一般在循环充放电1000次后的比容量保持率标准约为80%，而钠离子电池目前能做到比容量保持率高达94.6%以上的超高水准。首先无过放电特性让钠离子电池对放电截止电压不再敏感，同时钠离子电池相较锂离子电池更加耐低温，可以在零下38℃左右正常工作，而锂离子电池很难支撑到零下20℃以下。钠离子电池理论能量密度能做到200wh/kg，但实际效果尚不足120wh/kg。

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