在充放电过程中，钠离子在正极和负极之间可逆地来回穿梭，从而引起电能的储存和释放。其中，在充电时，钠离子从正极活性材料晶格中脱出，通过电解液移动到负极表面，并嵌入负极活性材料晶格中，整个过程因为钠离子转移导致相应的电子也进行转移，所以正极电势升高，负极电势降低，正负极之间电势差增大，进而完成充电；放电过程与充电过程相反，钠离子是从负极脱出移动到正极表面再嵌入（图1、图2）。

图1 钠离子电池

图2 钠离子电池工作原理示意图

钠离子电池之所以受到广泛关注，主要是因为钠元素与锂元素位于同一主族，位置相近，具有相似的物理性质和化学性质（见表）。因此，随着锂离子电池商业化成熟高峰期到来，受限于锂元素储量所困，人们开始将目光投向钠离子电池。

从以上对比表可以看出，钠元素与锂元素在诸多方面存在性质相似之处，所以人们才将钠离子电池视作锂离子电池的补充甚至替代者之一。与锂离子电池相比，钠离子电池主要具有以下优点：①原料资源丰富，成本低廉，分布广泛，钠离子电池三元正极材料成本仅为锂离子电池三元正极材料的一半。②钠离子电池的半电池电势较锂离子电势高0.3伏左右，因此能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐，电解质的选择范围更宽。③钠离子电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。④钠离子电池能量密度大于100瓦·时/千克，可与磷酸铁锂电池相媲美，而且其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

但是与锂离子电池相比，钠离子电池也存在一些问题，例如因相对原子质量过大导致的比容量过低，因离子半径过大导致在活性材料晶格中脱出嵌入较为困难等等。

钠离子电池的研究五花八门，延伸出包括钠硫电池、钠空气电池、钠盐电池、水系钠离子电池、有机系钠离子电池等。其中正极材料主要分为以下几种：通式为Na_xMO₂的隧道结构型氧化物（M为金属）、通式为Na_xT_MO₂的层状金属氧化物（T_M为过渡金属）、含有四面体或者八面体阴离子结构单元(XO_m)^n-（X=P,S,As,W）聚阴离子型正极材料以及其他种类的正极材料。电解液主要分为以下几种：水系电解液、凝胶聚合物电解液、有机系电解液等。负极材料主要分为以下几种：以石墨烯为代表的碳基材料，以对苯二甲酸钠为代表的有机类负极材料，含Sb、Sn和P等合金类负极材料以及其他种类负极材料。

作为锂离子电池的补充和替代品备选之一，钠离子电池拥有更加低廉的价格以及丰富的储量，再加上相对高的工作电压以及安全性能，钠离子电池在未来能源领域，将会占据重要地位。