钠离子电池和锂离子电池的关系？

锂离子电池现在可谓是风头正劲，集万千宠爱于一身，但是在这热闹之下，一场危机正在酝酿，锂离子电池的近亲——钠离子电池正在酝酿夺权。

钠离子电池最主要的特征就是利用Na+代替了价格昂贵的Li+，因此正极材料、负极材料和电解液等都要做相应的改变，适应Na离子电池。相比于锂元素，钠元素在地壳中的储藏量十分丰富，获得Na元素的方法也十分简单，因此相比于锂离子电池，钠离子电池在成本上将更加具有优势。

钠离子电池的概念起步并不晚，上个世纪80年代与锂离子电池几乎同时起步。然而到了90年代，由于Na离子电池能量密度要低于锂离子电池，因此渐渐淡出人们的视野。但是由于锂资源是一种相对稀缺的资源，因此面对节节攀升的碳酸锂价格，使得人们再次关注钠离子电池。

目前钠离子电池最大的难点是寻找一款稳定的钠离子电池负极材料，传统的锂离子电池负极材料——石墨，能够与Li结合，形成LiC6结构的化合物，理论比容量为372mAh/g，但是石墨仅能储存十分有限的Na离子，这可能是由于Na会首先在石墨表面形成镀层，而不是与石墨形成化合物。

为了改善石墨材料的性能，其中针对石墨材料的一个研究方向为开发高层间距石墨材料，例如将石墨的层间距提高到0.43nm，可以获得300mAh/g以上的可逆容量。

硬碳也是一种可以储存Na离子的负极材料，由于硬碳材料结晶度较低，碳原子层的排布规则度较低，因此可以储存较多的Na离子，其容量可达到300mAh/g以上，但是循环性能较差，例如1维的纳米碳纤维循环600次以后容量仅为176mAh/g。

而且硬碳的首次效率较低，这主要是因为硬碳较大的比表面造形成数量客观的SEI膜造成的，特别是对一些多孔碳材料，其较大的表面积严重的影响了钠离子电池的首次效率。因此降低硬碳材料的比表面积有助于提高硬碳材料的容量。

合金负极也是一种十分具有吸引力的负极材料，例如锡基和硅基材料，由于其较高的比容量，成功吸引了人们的注意。当然与锂离子电池一样，这些材料仍然存在膨胀过大的问题。锡基负极能与Na形成Na15Sn4合金，比容量可达847mAh/g，但是这也伴随着420%的体积膨胀，这极大的制约了锡基负极的应用。

磷负极也是钠离子电池负极的一个候选者，磷与Na可以形成Na3P结构，理论比容量达到2600mAh/g，当P与炭黑按照7：3的比例混合时，可以等到性能优良的复合材料，比容量达到2000mAh/g以上，并具有良好的循环性能和倍率性能。

除了上述的钠离子电池负极，其他的一些金属氧化物也是一种良好的负极材料，例如TiO2材料，由于其性能好，资源丰富，且成本低因此是一种十分具有潜力的钠离子电池负极材料。

例如TiO2/C复合材料，具有十分优良的倍率性能，在36C的超大倍率下，仍然具有90mAh/g以上。此外，金属硫化物也是一种可供选择的负极材料，例如MoS2材料在钠离子电池中也具有良好的电化学性能。

Na离子电池虽然能量密度不及锂离子电池，但是由于Na资源丰富，且十分容易获得，加之目前碳酸锂价格高涨，因此从长远来看，Na离子电池仍然具有十分广泛的应用前景，在一些对能量密度要求不高的领域，例如电网储能、调峰，风力发电储能等方面还是具有应用前景的。

因此在未来，钠离子电池可与锂离子电池形成高低搭配的组合，高端用锂离子电池，普通用钠离子电池。