新型电池技术（一）— 钠离子电池
产生背景
自20世纪90年代以来，锂离子电池由于其高可逆容量和循环稳定性而成为广泛使用的可充电电池。随着锂资源的价格大幅度上涨，以及对锂和其他锂离子电池基本组件的需求不断增加，锂电池上游原材料缺口不断扩大，迫使我们探索新的、更便宜的、基于现有丰富元素的电化学体系。成本较低的钠离子电池则成了最佳选择。钠离子电池几乎与锂离子电池一起被发现，但是由于其离子半径大，容量低，人们更偏向于对锂电的研究，对钠电的研究几乎停滞。直到近几年电动汽车及储能产业迅猛增长，人们再次将目光放在与锂离子电池同时被提出的钠离子电池上。
锂、钠、钾同属于元素周期表碱金属元素，在物理和化学性质方面有相似之处，理论上都可用作二次电池材料。且钠资源储量非常丰富，在地壳中分布广泛，提炼简单。钠作为锂的替代品，在电池领域得到越来越广泛的关注。不仅各电池厂争相推出钠离子电池技术路线，国家发改委、国家能源局相继发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》《“十四五”能源领域科技创新规划》《“十四五”新型储能发展实施方案》均提到，要研发钠离子电池等新一代高性能储能技术。工信部也将钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石。目前针对钠离子电池的行业标准目前也在编制中。预计随着产业加大投入、技术走向成熟、产业链逐步完善，高性价比的钠离子电池有望分占锂离子电池的部分市场。
钠电与锂电对比
钠离子电池炭系负极相比石墨负极，成本低，可改性空间更大；
铝箔可以作为钠离子电池正负极的集流器。锂离子电池负极电位低，必须使用不被腐蚀的铜箔；而钠离子电池的负极电位高，因此不会与钠形成合金。而铝箔无论重量和成本都比铜箔低；
在电解液中，Na+的溶解度比Li++低30%左右，溶解速率高，电极-电解质界面处的电荷转移电阻较小，提供了更好的电极动力学，因此在高温和低温下钠离子电荷的放电率高，低温性能优异，能够快速充电；
钠离子电池的正极材料选择范围更广，元素周期表中第一行过渡金属元素几乎都可用于钠离子电池，这是由于Na+（半径0.102nm）和过渡金属离子（半径0.05–0.07nm）之间的尺寸差异较大，利于其分离；
由于钠离子电池的内阻比锂离子电池高，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。
钠离子半径较大，在电极材料中进行脱嵌时可能会导致材料的破裂，从而影响电池的整体动力学性能和电极完整性；
钠具有更高的标准电极电位（比锂高0.33V），导致钠离子电池的能量密度较低，在动力领域还是很难与锂离子电池竞争。
最新研究进展
近年来对于钠离子电池的研究具体内容包括：“钠离子电池先进的无钴正极材料”、“用于钠离子电池正极的低成本聚阴离子型硫酸盐”、“用于钠离子电池正极的普鲁士蓝类化合物”、“钠离子电池有机正极材料的基础研究到潜在商业应用”、“锡基金属氧化物和硫化物作为钠离子电池的负极材料”、“钠离子电池中用于先进碳材料的纳米工程”和“先进原位表征技术在研究钠离子电池中的应用”等。总的来说从优化改性手段、改进制备方法和探究储钠机理等方面得到高性能正负极材料来提升钠离子电池整体竞争力仍是研究热点。
