1. 钠离子电池工作原理

同为元素周期表第I主族的钠离子和锂离子的性质有许多相似之处，钠离子完全有可能和锂离子电池一样构造一种广泛使用的二次电池。并且钠离子电池与锂离子电池相比，原材料成本比锂离子电池低，半电池电位(E⁰_{Na /Na}=E⁰_{Li /Li} 0.3)比锂离子电池高，适合采用分解电压更低的电解液，因而安全性能更佳。钠离子电池不以钠作为负极，而是由硬碳或嵌入化合物组成。

钠离子电池实际上是一种浓差电池，正负极由两种不同的钠离子嵌合化合物组成。充电时，Na 从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，Na 从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富Na态。

图1. 钠离子电池工作原理图

2. 钠电池负极材料

2.1 碳基材料

2.2.1石墨类

石墨是已经商业化的锂离子电池负极材料，理论容量 372mAh#183;g^-1。但用于钠离子电池负极时，储钠性能较差， 这是因为钠离子半径比锂离子大，使得钠离子在石墨层间脱嵌困难。 作为碳家族的一员，硬碳具有较大的层间距和许多无序结构，有利于 Na 的储存。 通过对电解液优化，使硬碳放电容量达到240mAh#183;g^-1(25mA#183;g^-1，0~2 V)，循环100次后容量仍能维持 200mAh#183;g^-1。使用空心碳纳米线作为钠离子电池负极材料时，在50mA#183;g^-1 下，可逆容量 251mAh#183;g^-1，循环400次后，容量维持在206.3mAh#183;g^-1。三明治结构的多孔碳/石墨烯复合材料，在1A#183;g^-1电流密度下，循环1000次后可逆容量维持在 250mAh#183;g^-1，显示了良好的循环稳定性。然而，碳材料的储钠容量一般不高(lt;300mAh#183;g^-1)，且电位较低(~0 V vs Na /Na)，快速充放电容易造成金属钠在其表面沉积，带来安全隐患。