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作为未来有可能替代锂离子电池的新型电池，钠离子电池当前正被各大电池企业积极研究。
在电池结构和充放电原理上钠离子电池和锂离子电池基本相同，也是由正负极、电解质、隔膜、集流体组成，电解液负责充放电时离子和电子在正负极之间的传导，隔膜隔开正负极防止短路，集流体则降低电池的内阻负责导电。
在充电时，钠离子从正极脱嵌经过电解液传导进入负极，此时正极缺少钠离子呈现高电势，而负极则相反。与此同时，相同带电量的电子则从外电路由负极进入到正极保持电荷的平衡。放电过程的反应则与充电相反。
其实不难看出，钠离子电池和锂离子电池的工作原理基本相同，正极材料的不同点在于一个是锂离子，一个是钠离子。
当前，锂离子电池原材料如碳酸锂市场价已经涨至56万元每吨，这也导致锂离子电池成本不断上涨。钠离子相较于锂离子电池也具有非常明显的几点优势。
1、钠元素在地壳中含量达2.74%，储量丰富，价格低廉；2、由于钠的特性，在相同浓度电解液下钠的电导率高于锂20%，因此可以使用低浓度电解液进一步降低成本；3、钠离子和铝形不会反应，因此可以采用铝箔作为集流体，进一步降低8%的成本；4、钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到0V。
钠电池的关键材料之一负极材料成本占比达到16%，可以选用的负极材料包括金属化合物、碳基材料、石墨等。
然而金属化合物在充放电时存在体积膨胀的问题，可能会出现电极碎裂的风险影响电池寿命；传统锂电池所采用的石墨负极由于热力学原因，钠离子无法在石墨层间来回嵌入和脱嵌。
因此，碳基材料是目前最为适合钠离子电池的负极材料，其中包括硬碳材料和软碳材料。
硬碳材料具有较强的储钠能力和难以石墨化，但是循环性能一般；软碳负极的储钠能力较强，但是高温下容易石墨化，进而会降低储钠能力导致电池能量密度下降。
相对而言硬碳材料是目前最为理想的钠离子电池负极材料，不过要想达到更好的使用效果还需要进行一定的技术改良。
硬碳是指在2800℃以上难以石墨化的材料，其内部的石墨微晶排列相较于软碳来说更加杂乱，拥有较大的层间距，让钠离子在硬碳材料中的扩散距离较短。
硬碳材料的来源也极其丰富，蔗糖、花生壳、煤矿、沥青等材料均可以作为原材料。
因此硬碳材料有着价格低廉综合性价比高的优势，是钠离子电池研发过程中最为理想的负极材料。
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标签: 电池
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