随着新能源市场的不断扩张以及对可持续能源需求不断增加，资源丰富、成本低廉且综合性能优异的钠离子电池受到广泛关注，不仅在大规模储能中表现出极大潜力，在动力电池、便携式电池等应用上同样未来可期。

钠离子电池是在锂离子电池的基础上发展的。钠离子电池和锂离子电池工作原理基本相似，电池的正负极材料和电解液等都需要做出相应改变来适应钠离子电池。制造工艺上也类似，钠离子电池与锂电池的产线设备可以兼容。

钠离子电池产业化进程的痛点在于把锂离子电池电极材料中的锂换成钠来研究，其总体性能不及锂离子电池。究其原因：一方面，钠离子比锂离子重，电负性没有锂低，因此同类电极材料中，钠离子电池一般比相应锂离子电池的电压低、比容量也低，使得电池的能量密度也低；另一方面，由于钠离子半径比锂离子的半径大，导致钠离子在刚性结构中相对比较稳定，难以可逆脱嵌，即使可以发生脱嵌，钠离子嵌入脱出的动力学很慢，并且容易引起电极材料的结构产生不可逆的相变，降低了电池的循环性能。

目前，钠离子电池发展的问题主要是：正极材料路线选择，各有优势与不足；石墨与硅碳不适合储钠，需开发新型负极材料；高容量负极首次库伦效率低，制约全电池能量密度。其中，负极材料是限制钠离子电池产业化的瓶颈。

常见钠离子电池负极材料包括碳基材料、钛基材料、合金材料、过渡金属化合物等。

钠离子电池负极材料电压与比容量图

合金类负极有较好的导电性和极高的理论容量，但储钠过程中会发生严重且不可逆的体积膨胀，导致电极粉化、循环容量迅速衰减；金属氧化物和硫化物等转化类材料同样有较高的理论比容量，然而较差的导电性限制了电子传输和倍率表现；碳基材料具有容量高、平台低等优点是目前最有应用前景的钠离子电池负极材料。

在几种碳基材料中，硬碳材料在工作电位、容量、首次库仑效率等方面具有优势，是目前最有竞争力和应用前景的负极材料。

各碳负极材料平均电位与比容量图

硬碳负极材料面临的问题主要是生产成本较高、储钠容量有待提升、首次库仑效率较低等，目前主要是通过对硬碳的孔结构、界面等进行调控，解决硬碳负极材料所面临的成本、性能等问题。

目前商用硬碳负极的比容量接近300mAh/g，首效在80%以上，市售价格高于每吨15万元，难以满足钠离子电池高性价比的需求。国内企业正在积极布局钠离子电池硬碳负极材料的研发与生产，力争尽快实现国产替代。