余彦/胡仁宗AM：全面概述稳定储钠的Sn基负极材料

由于对锂资源短缺的担忧，以及开发低成本高效储能系统的迫切需要，钠离子电池（SIBs）的研究和应用近年来重新出现。

中科大余彦、华南理工大学胡仁宗等综述了用于稳定SIBs的高容量Sn基负极材料的最新进展，包括Sn合金、Sn氧化物、Sn硫化物、Sn硒化物、Sn磷化物及其复合材料。

与用于SIBs的碳负极相比，Sn基材料经过合理的结构设计和成分优化，具有更高的容量和良好的储钠性能。然而，Sn基材料在钠储存过程中由于巨大的体积变化和缓慢的反应动力学而经历严重的容量衰减，这阻碍了它们的进一步应用。

迄今为止，研究人员已经采用了许多方法来提高循环性能和倍率能力，这些方法可以分为控制粒径、构建独特结构和形成碳载体复合材料。尽管已取得较大的进展，但Sn基材料在SIBs中的商业应用还有很长的路要走，因为目前还没有一种理想的Sn基负极能够同时满足高首效（ICE）、长循环稳定性和优异倍率性能的标准。

图1 SIBs中各种Sn基负极材料的理论容量

未来，许多努力应该集中在Sn基负极上，以实现高性能的SIBs。

1. 在多次循环期间必须保持结构完整性；

2. 必须提高ICE和倍率能力；

3. 必须消除由剧烈体积变化引起的粒度控制和应力，例如可以应用诸如第二相添加（碳材料或过渡金属元素）和在合成过程中保留足够的缓冲空间（多孔、中空或蛋黄壳结构等）等措施；

4. 还迫切需要缩短迁移距离并提高钠离子迁移率，对于前者，已构建纳米级、分层和中空结构以减少钠离子扩散路径；对于后者，引入导电材料、氧空位工程、杂原子掺杂和异质结形成是提高钠离子扩散速率的可行途径。

总体而言，Sn基材料的钠储存性能需要进一步改进，通过合理的设计将这些改性结合起来，有望实现优异的储钠性能并达到商业应用的要求。

图2 一维Sn-C纳米结构

Tin-Based Anode Materials for Stable Sodium Storage: Progress and Perspective. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106895

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