鈉離子電池和鋰離子電池同時發展起來，但是由于鈉離子電池的電化學性能低于鋰離子電池，鋰離子電池得到迅速發展，而鈉離子電池緩慢發展。由于綠色可持續發展的概念，鈉離子電池重登舞臺，且鋰資源儲量有限，而鋰資源卻資源豐富，因而鈉資源的高儲量低成較好的緩解鋰資源的儲備短缺問題。
在了解了鈉離子電池的背景后，必須學習一下其工作原理，才能跟深入理解其目前的挑戰。
鈉離子電池的原理
鈉離子電池的關鍵主城：2種鈉嵌入型的正極材料和負極材料、電解液、隔膜。鈉離子電池工作原理：充電時的鈉離子從正極材料中脫出，且經過電解液和隔膜后嵌入到負極材料，同時電子經外電路從負極流向正極。其中放電過程和充電過程相反。鈉離子電池的工作原理和鋰離子電池基本類似（搖椅式電池）。鈉離子電池正極和負極材料在鈉離子電池中起到關鍵因素，電解液/隔膜主要與正極和負極材料進行選擇匹配使用，因此，正極和負極材料對電池的性能指標具有決定性影響。
鈉離子電池分類
按照正極材料的晶體結構方式分類，鈉離子電池分為氧化物類（層狀結構和隧道結構）、普魯士藍類、硫酸鹽類、氟化磷酸鹽類、磷酸鹽類、有機化合物類。目前層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子類和普魯士藍類3種技術路線比較熱門，與鋰離子電池的正極材料相似，絕大部分鈉離子電池正極材料包含可變價的過渡金屬元素，其中過渡金屬元素在不同的晶體結構中氧化還原電勢表現也截然不同，可得失電子數也不一樣。
下面為3種技術路線的鈉離子電池正極材料的基本電化學參數。其中層狀氧化物類的制備方式簡單，且容量和電壓較高，它作為鈉離子電池的主要正極材料，由于比容量 / 能量密度高 / 成本低的優勢，使其成為主流的鈉離子電池中應用性最強的一款電池。
鈉離子電池正負極材料的挑戰
電池比能量主要由正負極材料性能影響。目前儲鈉材料中最理想的負極材料是硬碳，那么合適的正極材料對電池比能量的改善影響非常大。儲能正極材料的選擇條件：比容量高、工作電壓高、原料資源豐富、結構穩定性好，目前有氧化物、聚陰離子類、普魯士藍。
氧化物材料：三維隧道（Na0.44MnO2）、P2 層狀（Na0.67MO2）和 O3 層狀(NaMO2)。其中三維隧道結構材料比容量可達120mAh/g，電壓達到3V左右，與負極硬碳構成鈉離子電池，其實際能量密度估計為 110 Wh/kg左右，同其結構穩定和熱穩定性好，非常理想的儲鈉正極材料。但該材料屬于半充電態，其存在的挑戰為首周充電比容量低。P2層狀材料長循環過程中結構穩定性好，容量保持率高，可實用開發的正極材料。O3型層狀材料循環穩定性不佳，需要改善，目前正在尋找最適合的元素，通過摻雜的方式來提高它的循環穩定性。
聚陰離子類材料：NaFePO4、Na4Fe3(PO4)2P2O7、Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2F3等。橄欖石型NaFePO4由于鋰電池的成功運用，將其作為首選研究的材料，但是橄欖石型NaFePO4在高溫下結構穩定差，高溫固相法無法將其合成，一般通過化學和電化學轉換法獲取，它的比容量達到140mA·h/g左右，平均電壓3V左右，與負極硬碳構成鈉離子電池，其實際能量密度估計為120 W·h/kg左右，但由于隧道空間較小，大體積的鈉離子在其中脫嵌時會產生非常大的體積變化，長循環性能有待驗證 。同時由LiFePO4化學和電化學的方式制取的NaFePO4，其合成方法在規?；械墓に噺碗s性和合成成本必然高，此材料的應用挑戰是尋找橄欖石型NaFePO4的最佳合成方法。
普魯士白材料：由于普魯士藍材料具有較大隧道結構，有利于充放電過程中鈉離子的脫嵌。其中此材料具有比容量高（140 mA·h/g）、電化學動力學快、循環穩定性好、成本低等優點。其平均電壓可達3.4 V左右，與負極硬碳構成鈉離子電池，其實際能量密度為 和145 W·h/kg左右。雖然優點較多，但此材料的挑戰為規?；苽涞那啡?。
鈉離子電池產業鏈不完善的挑戰
目前鈉離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜構成，還有關鍵輔材：鋁箔集流體、導電劑、極耳、粘結劑、溶劑和外殼組件等。鈉離子電池組由多個電池模組，它們以串并聯形式組成而成，其中也有采用單體電池通過CTP、JTM 、刀片電池等集成技術制成。除此以外，電池組還有 BMS（電池管理系統）和各種機械部件（連接片和外殼等）。
由于鈉離子電池的產業化發展正處于初級階段，其相關產業鏈發展不完善。在正負極材料方面，達到鈉離子電池的電池級原料（碳酸鈉、氧化鐵）無成熟商業化，而負極由于受到碳源無主流的原料產品限制，在電解液方面，鈉鹽還無成熟商業化產品，但是鈉鹽的合成相對簡單，實現產業化的可能性強。在鈉離子電池領域，其正負極材料和電解液限制較大，其余原輔材料皆可共用。在下游的電池組方面，由于結構上與鋰離子電池相同，只需要將BMS針對鈉離子電池充放電特性重新設計，只涉及軟件和芯片方面。
