大家都知道，锂电池比铅酸电池好，锂电池在逐步普及中。但是锂电池的主要材料锂和钴资源短缺短缺，价格昂贵，所以新一代的钠离子电池的研究变得火热，实体钠离子电池也问世了。

我国现在已经拥有对钠离子电池的各项研究基础，也具有完全自主的知识产权，国内已经建立世界上第一条钠离子电池的生产线，产品供不应求。

钠离子电池将来会取代锂离子电池吗？

本文就是为了科普钠离子电池的有关知识。

一．工作原理

锂电池所用的原料锂和钴资源短缺，是研究钠离子电池的第一动力。

正如锂离子在锂盐溶液中很活泼那样，钠离子在钠盐溶液中也很活泼，钠离子电池就是据此原理做出来的。

从宏观角度看，钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。放电过程中，Na+从正电极材料中脱离出来，经过电解质，嵌入到负电极材料中，而电子在外电路中由正极到负极运动；充电过程则恰好相反。

示意图a表示锂离子电池的充放电原理；示意图b表示钠离子电池的充放电原理，可见它们的充放电原理是一样的，只是电极材料和电解液不同。

二．材料选择

锂离子电池和钠离子电池的研究几乎是同时起步的，现在锂电池的生产和应用基本上已经成熟了。可是钠离子电池落后了一大截，其原因是先前的指导思想有问题，仅停留在一般层面上，没有对材料的原子特性仔细分析，所以钠离子电池的实验一直不理想。

其实，钠离子半径比锂离子大70%，所以在正电极材料、负电极材料和电解液材料的选用方面，一定会有更多更特殊的要求。

经过长期研究，现在已经找到了一些成功制造钠离子电池的材料。

1. 正电极材料

正电极材料要求是钠离子的活性材料，要求具有良好的钠离子扩散通道，钠离子扩散通道比锂离子的扩散通道要宽得多，以便钠离子快速转移，以便获得较高的电容量；还要求具有良好的热稳定性和化学稳定性，材料不易剥落，以便保证电池的循环寿命。

现在已经有几类研发出来的正电极材料：

（1）具有典型层状结构和隧道型结构的过渡金属氧化物材料。例如磷酸铁钠、锰酸铁钠、钛锰酸钠等，这些正电极材料在理论上的比容量都很高，钠离子通道也很好，热稳定性好，它们都是钠离子电池的优秀的正电极材料。

（2）聚阴离子化合物材料。例如磷酸钒钠和氟磷酸钒钠材料，它们的能量

密度高，通道效应优异，热稳定性好，是钠离子电池的优秀的正极材料。

（3）普鲁士蓝类的化合物，又名柏林蓝、铁蓝、中国蓝等 ，是一种古老的蓝色染料，可以用来上釉和做油画颜料；它是氰基与铁、锰等过渡金属的化合物材料。此类钠盐，例如亚铁氰化铁钠（NaFe4[Fe(CN)6]3）、亚铁氰化锰钠 ，通过表面改性处理之后，材料自身的稳定性加强了，增加了循环寿命，还改善了材料表面及内部的离子传输通道，增加活性材料的利用率，增强了电池的热稳定性和比容量，也是钠离子电池的优秀的正极材料。

（4）有机正极材料，例如 醌类化合物，羧酸盐化合物，酸酐以及酰胺类化合物。有机电极材料还可以根据需要掺杂金属氧化物，使得电压，比容量，溶解性，导电性等参数都能够合理的进行调控，促进电池性能的提升。

这些所研发的正电极材料都表现出令人兴奋的性能，而且现在关于锂电池材料的改性手段都可以应用到钠离子电池方面，相信不久会研发出更好的正电极材料。