对于能源的强烈需求引发了对于新能源存储技术的研究热潮。例如，最近几年对于电动汽车的研发带动了对于轻量、高倍率储能设备的研究；对于可再生能源用途的扩展又促进了对于稳定长时间储能系统的研发。总之，广泛的应用带来了对于不同性能的储能设备的需求。电池作为一种广泛应用于能源的产生储存与应用阶段的设备，被视为是一种极富前景的设备。

1991年，索尼生产了世界上第一种商用的锂离子电池系统（Li-ionbattery，LIB）。自那以后，锂离子电池便成为了世界上运用最广泛的二级电池。电动汽车和混合动力汽车被认为是最主要的锂元素消耗之一。2000年以来，为了制造电池消耗的锂元素每年增加20%，并在2015年达到了总用量的35%[3]。由于锂元素的储量有限，越来越高的消耗量无疑会导致锂元素的价格攀升。

鉴于此，对于锂电池替代品的研究在全球范围内受到广泛关注[4]。在过去数十年间，钠离子电池（Sodiumionbattery,NIB）的研究迅速增长，并被视为可以补充甚至替代锂离子电池技术的角色[5-12]。这一新方向火热的背后包括了三个原因：一，钠元素价格低廉。碳酸锂的价格约是碳酸钠的25-30倍。二，钠元素储量丰富[13]。三，钠离子的嵌入脱出化学与锂离子十分相似。但是，钠离子电池也有一些不利的地方。钠离子的质量约是锂离子的三倍，而且钠的标准电极电位比锂略低（相对于标准氢电极，钠是2.71V，锂是3.04V[14]）。因此，相比于锂离子电池，钠离子电池的能量密度会略低。目前钠离子电池比较主流的应用是作为大型电网设施的储能器件。在这种情形下，最重要的指标是工作成本和稳定性。

最近，关于锂离子电池和钠离子电池的成本问题引发了一些争议。为了估计钠离子和锂离子电池的成本，电池各组成部分的相对价格列在图1.1中[15]。从图中可以看出，正极材料的价格最高，其次是隔膜和电流收集器。有一点值得关注的是，钠离子电池可以使用铝而不是铜作为负极的电流收集器，因为钠不像锂一样，不会和铝形成合金。这一点大约能降低8%成本。另外，电解质中用钠盐代替锂盐可以稍许降低成本，使得在相似的能量密度下，钠离子电池比锂离子电池成本低约10%。但是，目前大部分钠离子电池电极材料容量和还原电位比锂离子的材料低，导致能量密度也更低。事实上，最近的一项研究从能量的角度比较了两者的相对成本（锂离子电池0.11美元每瓦时，钠离子电池0.14美元每瓦时[16]）。从这一数据来看，目前这两项技术并没有太大的区别。当然也应注意到，之前的讨论存在一些疏漏。其一，对于这两项技术的比较不应当只停留在现阶段，而应当考虑到未来随着锂元素的稀缺带来的成本增加。其二，将从1991年便已经商用的锂离子电池和现阶段还处于原型阶段的钠离子电池对比，有失偏颇。

图1.1钠离子电池和锂离子电池成本比较

对于钠离子电池未来的发展，降低能量价格将是关键一环。继续研发新的更高的能量密度的系统是重中之重，也有许多综述文章对其进行了讨论[7-10,12,17]。一些研究致力于电解质材料对于钠离子电池电化学表现的影响。目前，最广泛使用的电解质是NaPF6/EC：DMC体系或者是NaClO4/PC体系。另外，不同的添加物如FEC、DFEC和VC也被用来正极或负极中，并在某些案例中表现出了更好的稳定性。

同时也有许多关于负极材料的工作。具体可以被分类为如下几类：

1）碳质材料[18,19]。这包括了软碳和硬碳。硬碳可以提供约300mAh∙g-1的高容量，接近于锂离子嵌入石墨。这使得其成为钠离子电池最有希望的负极材料。在这个反应中，钠离子首先嵌入石墨烯层之间（在1.2-0.1V电位区间中），接下来是钠离子的吸收（0.1V以下的平台）。对于石墨烯基的材料来说，在50mA∙g-1电流密度下可以达到400mAh∙g-1的容量。为了提高碳负极的性能，一些研究通过掺杂异种原子来改性表面化学，如硼、氮、硫。除此之外，还有利用碳纳米片和氮、硫的复合掺杂。这种方式使钠离子电池在理论和实验上获得了优异的电化学性能：在500次循环后，可以达到300mAh∙g-1的容量，库伦效率约100%[20]。 高稳定性层状Birnessite-LixMnO2材料的可控制备研究(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205175.html