说到钠离子电池，不知道大家奇怪不奇怪，既然钠离子电池跟锂离子电池原理差不多，而且还更便宜，为啥早没有面世呢？咱们来聊聊这个话题。从根上告诉你为啥最近钠离子电池突然火起来了。
确实，钠离子电池跟锂离子电池的工作原理是一样的，都是摇椅式工作原理。锂离子或者钠离子充电的时候走到负极，放电的时候走到正极，就像是坐在摇椅上一样来回摇摆。也像沙漏一样，只不过推动沙漏里沙子流动的是地球引力，而推动钠离子和锂离子流动的是电压。既然大家的工作原理是一样的，两种电池也是差不多同时开始研究的，甚至有文献说钠离子电池更早一点，那为什么后来只有锂离子电池了呢？又为什么在锂离子电池大红大紫的时候，钠离子电池重出江湖了呢？
现在，大家提起钠离子电池来，都说钠离子电池成本低、安全性高、高温低温下都比锂离子电池更稳定、兼容性好等等。似乎当初不发展钠离子电池简直就是一个很大的失误，如今才重新捡回来了这个宝贝。
(资料图)
其实，当初两种电池一起研究的时候，选定的电极材料更适合锂离子工作。锂离子电池更早实现了技术突破，更早实现产业化，而且还拥有更高的能量密度、更高的工作电压和更高的循环寿命，具有比较明显的优势。最初的锂离子电池往往都是在一些高端的电子产品应用，更高的电量和更小的体积显然正是那些电子产品追求的。而钠离子电池在性能上是比不上锂离子电池的，成本优势又不太明显，在低端使用也比不上更经典的那些电池，比如各种一次性电池、镍氢电池、镍铬电池、铅酸电池等。所以当初钠离子电池只能停留在实验室研究阶段，没有市场化的优势。
这只是一方面，从原理上来看，钠离子电池当初没有优势，很重要的原因是被锂离子电池的路线给蒙蔽了。
虽然钠离子和锂离子都适合做摇椅式电池，而且钠和锂都是碱金属元素，化学性质比较相似，但是钠离子毕竟不是锂离子，它俩的行为不完全一样。从离子半径上来说，钠离子比锂离子大68%左右，一些锂离子可以进去的空间，钠离子却进不去。从化学性质上来说，锂元素的电负性比钠元素高，也就是钠元素更活泼一些。从电化学上来说，锂元素变成锂离子的电极电势是-3.04V，而钠是-2.71V，也就是锂电池注定比钠电池电压更高。还有其他一些不同，这里就不一一列举了，用到了再提。
既然它俩不一样，那用锂离子电池的思路来制造钠离子电池必然会有困难。
首先来说，锂离子电池用石墨来做负极，充电的时候，锂离子可以轻松进入石墨间隙，平均每六个碳原子就可以容纳一个锂离子，容量非常高。同时电池工作的时候，锂离子又很容易从石墨里面出来，能够最大程度地放电。
但是钠离子却不行，钠离子很难进入石墨间隙，平均186个碳原子才能进去1个钠离子，而且钠离子一旦进去，还不怎么爱出来。这样的情况，如果用来造电池，那就很尴尬了，本身储电量就低，还不容易放干净，那就太鸡肋了。很多人解释说，是因为钠离子太大了，进不去，这样说起来好像没毛病。但是实际上，比钠离子更大的钾离子却很容易进去，这样用离子大小来解释钠离子的尴尬就有点不合适了。
再后来，有研究发现，有些溶剂能够帮助钠离子进入石墨，提高石墨中钠离子的容量。其实在专业上可以用结合能来解释钠离子不容易进入石墨间隙，而不仅仅是离子半径的大小。如果一定要通俗理解的话，我想大家可以理解成钠离子对石墨搭建的房间有点过敏，穿上特制的衣服就没有那么过敏了。但是依然不如锂离子进出石墨间隙效果好。总之，锂离子电池很成熟的负极材料石墨，不适合用到钠离子电池上。钠离子电池必须自立门户才行。
其次，正极材料方面，锂离子电池的正极材料虽然也可以用到钠离子电池上，但是一方面钠离子的适应性并不如锂离子那么好，另一方面，钠离子电池如果套用锂离子电池的正极材料，总体生产成本算下来并不便宜，因为钠或者锂在电池成本中的比例很低，反而是正极、负极材料、电解质溶液这些的成本更高一些。如果照搬锂离子电池的话，钠离子电池成本下降不多，容量却下降不少，单位容量成本反而会上升，这就无法体现出钠离子电池的成本优势了。
此外，电解液、电解质等等这些成分都需要对钠离子电池进行优化，不可能直接抄锂离子电池的作用。单独选择的时候，需要考虑的因素也很多。当初选定的一些电解质材料本身不太稳定，一旦遇到水就会分解出剧毒化合物出来，存在一定的安全隐患。
所以说，早先钠离子电池模仿锂离子电池的路线是一个错误的路线，既没有明显成本优势，又不能充分发挥自己的其他优势，完全是被锂离子电池给误导了。要想让钠离子电池能站稳脚跟，必须充分研究钠离子的特点，优化钠离子电池参数，充分发挥钠离子电池的优势才行。
之所以近几年钠离子电池概念重新火了起来，除了市场需要以外，更重要的是理论研究的深入和新材料的选用，让钠离子电池优势充分发挥了出来。
首先，负极材料不能抄锂离子电池的作业。既然石墨不适合用到钠离子电池上，那就需要考虑换一种负极材料。科研人员一口气给钠离子电池找到了一堆能用的负极材料，比如优化的碳基材料、合金类材料、金属氧化物及硫化物材料、钛基材料、有机材料等几大类，不下几十种材料都能给钠离子电池做负极。
特别值得一提的是碳基材料，虽然石墨不能用，但科研人员找到了好用而且更便宜的碳基材料。比如有人直接用煤炭、沥青、石油焦等这些价格低廉的原材料来加工成负极材料，不仅降低了负极材料的成本，而且还得到了比石墨更适合钠离子的碳基材料。当然，这里面的一个关键改进就是这类材料内部的孔径比石墨要大，钠离子住进去更容易，出来也不难。容量问题和放电问题都得到了很好的解决。
其次，正极材料也不能抄锂离子电池的作业。三元锂电池选用了成本高昂的正极材料，需要用到战略物资钴元素，这样可以取得更优秀的性能。但是钠离子电池如果也这么玩的话，不仅不能起到降低成本的作用，而且性能优势也不明显。通过研究发现，因为锂离子的特殊性决定着，层状氧化物正极材料只能选择镍、钴、锰等这些成本比较高的金属元素，换别的元素对性能影响比较大。但是钠离子的容忍度更高，可以直接选用锂离子电池不能选用的钛、钒、铬、铁、铜等元素，尤其是铜元素，不仅成本比较低，而且跟钠离子的相容性很好。通过选用以铜的氧化物为主的正极材料，能满足钠离子电池的需要，而且可以大幅度降低生产成本。这是中科院的科研成果，而且已经实现产业化了。
大家都知道磷酸铁锂电池要比三元锂电池便宜很多，同样的磷酸铁钠电池也是可以实现的，在电极材料上可以降低成本。所以，跟锂离子电池追求极致性能相比，钠离子电池的研发更侧重成本优势。
再者，金属电极材料也不用照搬锂离子电池。锂和铝金属会有合金化反应，所以铝金属不能用到锂离子电池的集流体材料，只能用价格更贵的铜金属。但是钠和铝不会发生类似的反应，把铜箔换成铝箔，也可以明显降低电池的生产成本。
此外，电解质溶液也不用照搬锂离子电池配方。放到溶液中，锂离子需要包裹更多的溶剂才能稳定存在，也就是虽然锂离子比钠离子小，但在溶液中，锂离子需要穿更厚的衣服，表现出来的是锂离子比钠离子更胖。穿衣服厚了，就造成锂离子导电比钠离子更困难，造电池的时候，同样的溶剂环境中，锂离子溶液需要更高浓度的电解质，无形中增加了原料成本。相应的，钠离子电池在这部分也可以节约成本。
钠离子电池经过多年的努力，终于克服了自己的很多缺点，更是在生产成本上下足了功夫，为将来大规模普及铺平了道路。甚至还有一些意外的惊喜，比如钠离子电池经过不断测试没有发生燃烧或爆炸的安全事故，针刺、过冲之类的实验，钠离子电池更容易通过。而且钠离子电池在冬天低温和夏天高温环境下电量损失不明显，比锂离子电池更有优势。
克服了缺点，发挥了优势，钠离子电池开始崛起了。在储电市场、低端电动车市场、电动大巴车、电动工程车等市场的推动下，钠离子电池的前途一片光明。
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