近年來，發展清潔能源成為世界多數國家的共識，我國更提出了“碳達峰、碳中和”的宏偉目標，太陽能、風能、潮汐能等清潔能源發電技術得到了快速發展，但這些自然能源具有間歇性、隨機性的特點，以及較強的地理依賴性。為解決新能源發電在時間和空間上的局限，提高新能源的利用率，儲能技術的重要性日益凸顯。

按照對電能的轉化和儲存方式，儲能技術分為物理儲能、化學儲能與電化學儲能。其中，電化學儲能包括二次電池技術和超級電容器等，具有能量轉換效率高、響應速度快的特點。尤其是二次電池技術，還具有能量密度高，易模塊化的優勢。

二次電池，也稱可充電電池或蓄電池，是一種利用可逆化學反應，能夠反復多次充放電，使電能與化學能互相轉換，以實現能量儲存的裝置。

二次電池儲存能量的能力，用能量密度（也稱比能量）來體現，即單位質量或體積的電池能夠輸出的總能量，它是比容量與平均放電電壓的乘積。比容量理論上由參與電極反應物質的摩爾質量和得失電子數決定，因此電荷載體的荷質比越大，則電池的理論比容量越大。

放電電壓理論上主要由正負極材料的電勢差和內阻所決定，因此正極電勢越高、負極電勢越低、電池內阻越小，則放電電壓越大。其次，電荷載體必須具有較好的輸運能力和反應動力學活性，這直接影響電池的倍率性能以及功率密度。最后，電極反應的可逆性和副反應等因素決定了二次電池的循環性能和壽命。

以鋰為代表的堿金屬具有最低的氧化還原電極電勢，離子荷質比較大且去溶劑化能較低，因此早在20世紀60年代就被嘗試用于二次電池的負極材料。早期鋰離子電池以金屬鋰或鋰合金為負極，過渡金屬鹵化物（如AgCl、CuCl、NiF2等）為正極，但此類正極材料導電性差、易溶解、充放電體積劇變，且難以解決。

60年代末，以TiS2為代表的過渡金屬-硫族化合物被發現具有層間嵌脫能力，可以作為鋰離子電池的正極材料，且具有高電導率和電化學反應活性，與金屬鋰配合電壓為2.2V，具有實用價值。

但金屬鋰的高度活潑性使得該電池事故頻發，迫使人們將負極也改用嵌鋰化合物（如嵌鋰石墨），這就是“搖椅式電池”的概念：用低嵌入電勢化合物作為負極，高嵌入電勢化合物作為正極，避免了堿金屬枝晶問題。由于嵌鋰化合物負極的電勢比金屬鋰更高，導致電池整體的電壓和能量密度降低，又迫使人們尋找新的正極材料，并陸續發現了鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等正極材料。

鈉離子電池的成本和倍率性能相對鋰離子電池具有優勢。鈉與鋰處周期表同族，價電子數相同，化學性質更活潑，由于鈉的原子質量和半徑遠大于鋰，故而鈉離子電池的能量密度顯然難以與鋰離子電池媲美，但鈉元素的自然界豐度是鋰的一千多倍，而且鈉離子的去溶劑化能遠低于鋰離子。

鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時問世于70年代，但二者的研究歷程略有不同。當時率先出現的鈉二次電池是鈉硫電池，以單質硫和金屬鈉為正負極，β-氧化鋁快離子導體為固態電解質，工作溫度在300~350℃。這種高溫鈉硫電池的能量密度較高（150~240Wh/kg），循環壽命達2500次，而與之相似的鋰硫電池則循環壽命僅不到10次。

為了提高鈉二次電池的安全性，人們對室溫鈉離子電池進行了研發，采用了與鋰離子電池類似的思路，正極材料經歷了層狀過渡金屬硫化物（TiS2）到層狀氧化物（NaxCoO2）和磷酸鹽（Na3M2(PO4)3,M為過渡金屬）的歷程。但到了80年代末期，鈉離子電池的研究遇冷，相關研究幾乎停滯。

究其原因有三點：第一，難以找到合適的負極材料（能在酯類溶劑中高效儲鋰的石墨卻難以儲鈉）；第二，研究條件有限（系統水氧含量較高，難以用金屬鈉作為基準電極開展材料評估實驗）；第三，鋰離子電池獨占鰲頭（大量的研究者把方向錨定在鋰離子電池上）。

直到21世紀，鈉離子電池迎來了轉機。2000年，人們發現由葡萄糖熱解得到的硬碳材料具有高達300mA·h/g的儲鈉比容量，為鈉離子電池提供了一種至關重要的負極材料。2007年，聚陰離子正極材料Na2FePO4F被發現，該材料的嵌脫體積形變率僅3.7%，幾乎沒有應變。

在2000年至2010年間，鈉離子電池的研究速度較為平緩，主要集中在少數幾個實驗團隊。2010年后，鈉離子電池研究進入了春天，新的材料體系不斷涌現，并逐步嘗試產業化。

審核編輯：劉清