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钠离子电池作为一种新兴的储能技术，近年来备受关注。然而，与锂离子电池不同，钠离子电池的负极材料通常不采用石墨。这背后有多方面的科学和工程原因，本文将详细探讨这些因素。

1. 离子尺寸不匹配

钠离子较大

钠离子的半径约为102 pm，而锂离子的半径约为76 pm。石墨的层状结构层间距较小(约0.335 nm)，钠离子难以有效嵌入石墨的层间。这种尺寸不匹配导致钠离子在石墨中的嵌入和脱嵌过程效率低下，影响电池的整体性能。

嵌入困难

钠离子嵌入石墨时，会导致石墨层间距离增大，进而引发结构不稳定。这种不稳定性不仅降低了电池的容量，还可能导致材料的结构破坏，缩短电池寿命。

2. 容量低

理论容量不足

在锂离子电池中，石墨的理论容量约为372 mAh/g。然而，在钠离子电池中，石墨的理论容量仅为约35 mAh/g。这种低容量无法满足现代电池对高能量密度的需求，限制了其在钠离子电池中的应用。

3. 循环性能差

结构破坏

钠离子嵌入石墨时，会引起石墨结构的膨胀和收缩。这种反复的体积变化容易导致石墨材料粉化，进而降低电池的循环寿命。

副反应多

钠离子与电解液之间的副反应较多，这些副反应会消耗活性钠离子，降低电池的库仑效率，并进一步影响循环性能。

4. 替代材料更优

硬碳

硬碳材料因其较大的层间距和丰富的孔隙结构，成为钠离子电池负极材料的理想选择。硬碳不仅能有效容纳钠离子，还表现出较高的容量和良好的循环稳定性。

合金材料

锡(Sn)、锑(Sb)等合金材料能与钠形成化合物，提供更高的理论容量。尽管这些材料在循环过程中也存在体积膨胀的问题，但通过纳米结构设计和复合材料技术，可以有效缓解这一问题。

金属氧化物

钛基氧化物(如Na₂Ti₃O₇)等材料具有良好的循环稳定性和安全性，适合作为钠离子电池的负极材料。这些材料在钠离子嵌入和脱嵌过程中表现出较小的体积变化，有助于提高电池的循环寿命。

5. 成本考虑

石墨成本高

虽然石墨本身成本较低，但为了适应钠离子电池，需要对石墨进行改性处理(如扩大层间距、表面修饰等)，这增加了生产成本。

替代材料更经济

硬碳等材料在钠离子电池中表现优异，且成本相对较低。此外，钠资源丰富且分布广泛，使得钠离子电池在成本上具有潜在优势。

综上所述，钠离子电池的负极材料不采用石墨，主要是因为石墨在钠离子嵌入、容量、循环性能等方面存在明显不足。相比之下，硬碳、合金材料和金属氧化物等替代材料在钠离子电池中表现出更优异的性能，成为更合适的选择。