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由于對(duì)鋰資源短缺的擔(dān)憂，以及開發(fā)低成本高效儲(chǔ)能系統(tǒng)的迫切需要，鈉離子電池（SIBs）的研究和應(yīng)用近年來(lái)重新出現(xiàn)。

中科大余彥、華南理工大學(xué)胡仁宗等綜述了用于穩(wěn)定SIBs的高容量Sn基負(fù)極材料的最新進(jìn)展，包括Sn合金、Sn氧化物、Sn硫化物、Sn硒化物、Sn磷化物及其復(fù)合材料。

與用于SIBs的碳負(fù)極相比，Sn基材料經(jīng)過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成分優(yōu)化，具有更高的容量和良好的儲(chǔ)鈉性能。然而，Sn基材料在鈉儲(chǔ)存過(guò)程中由于巨大的體積變化和緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)而經(jīng)歷嚴(yán)重的容量衰減，這阻礙了它們的進(jìn)一步應(yīng)用。

迄今為止，研究人員已經(jīng)采用了許多方法來(lái)提高循環(huán)性能和倍率能力，這些方法可以分為控制粒徑、構(gòu)建獨(dú)特結(jié)構(gòu)和形成碳載體復(fù)合材料。盡管已取得較大的進(jìn)展，但Sn基材料在SIBs中的商業(yè)應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有一種理想的Sn基負(fù)極能夠同時(shí)滿足高首效（ICE）、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異倍率性能的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 SIBs中各種Sn基負(fù)極材料的理論容量

未來(lái)，許多努力應(yīng)該集中在Sn基負(fù)極上，以實(shí)現(xiàn)高性能的SIBs。

1. 在多次循環(huán)期間必須保持結(jié)構(gòu)完整性；

2. 必須提高ICE和倍率能力；

3. 必須消除由劇烈體積變化引起的粒度控制和應(yīng)力，例如可以應(yīng)用諸如第二相添加（碳材料或過(guò)渡金屬元素）和在合成過(guò)程中保留足夠的緩沖空間（多孔、中空或蛋黃殼結(jié)構(gòu)等）等措施；

4. 還迫切需要縮短遷移距離并提高鈉離子遷移率，對(duì)于前者，已構(gòu)建納米級(jí)、分層和中空結(jié)構(gòu)以減少鈉離子擴(kuò)散路徑；對(duì)于后者，引入導(dǎo)電材料、氧空位工程、雜原子摻雜和異質(zhì)結(jié)形成是提高鈉離子擴(kuò)散速率的可行途徑。

總體而言，Sn基材料的鈉儲(chǔ)存性能需要進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)將這些改性結(jié)合起來(lái)，有望實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的儲(chǔ)鈉性能并達(dá)到商業(yè)應(yīng)用的要求。

圖2 一維Sn-C納米結(jié)構(gòu)

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

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余彥/胡仁宗AM：全面概述穩(wěn)定儲(chǔ)鈉的Sn基負(fù)極材料

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