本文亮点
1. 从成分选择、制备工艺、结构特征和储能行为等方面系统地介绍应用于SIBs和PIBs的Sb基负极材料的最新研究进展，范围包括从金属Sb到Sb氧化物，Sb硫化物、硒化物到Sb基合金等。
2. 列举了相应的实例，说明Sb基负极材料不同合成方法的优缺点。
3. 总结了开发钠/钾离子电池用Sb基负极材料所面临的挑战。
4. 提出了未来的研究方向，为相关的研究提供理论指导。
内容简介
锂离子电池（LIBs）自1991年商业应用以来，已经渗透到人们生活的方方面面，但是锂资源的存储已经无法满足日益增长的锂需求。近年来，钠离子（SIBs）和钾离子电池（PIBs）由于具有与LIBs相同的反应机理，同时钠、钾资源丰富、性价比高，因此得到了人们的广泛关注并发展迅速。锑（Sb）因其理论容量高，工作电压合适，成本低，在SIBs、PIBs的发展中起重要作用。然而，Sb基负极材料在充放电过程中存在体积变化大、电荷转移弱的缺点，导致电池的循环稳定性差、容量衰减快。近年来，许多研究策略和各种种类Sb基材料都被用于解决这些缺点。本综述从成分选择、制备工艺、结构特征和储能行为等方面系统地介绍了近年来用于SIBs和PIBs的多种Sb基负极的研究进展，从金属Sb到Sb氧化物，Sb硫化物、硒化物再到Sb合金。对于每部分，提出Sb基负极材料研究中面临的问题，并通过材料的结构和电化学性能来讨论这些改进措施的有效性。此外，还列举了相应的实例，说明Sb基负极材料不同合成方法的优缺点。最后，总结了开发钠/钾离子电池用锑基负极材料所面临的机遇和挑战，并为未来Sb基负极材料的研究提供理论指导。
图文导读
图1(a)地球上的元素含量分布，(b)基于合金化反应机理的各种材料的理论容量，(c) SIBs中Sb基负极的破坏机理。经参考文献[21]许可转载。Copyright 2017,IOP Publishing
图2SIBs和PIBs中所研究的锑基材料的种类和改性策略
图3(a)受控还原选择性去除嵌入Sb蛋黄壳结构的形成过程，(b)Sb@C蛋黄壳结构3D重建的TEM图和截图，(c) Sb@C蛋黄壳结构相应的速率和循环性能，(d)钠化后Sb@C蛋黄壳结构的原位TEM图。经参考文献[43]许可转载。Copyright 2017,Elsevier
图4(a)空心Sb球的EDS图，(b)空心Sb球的倍率能力，经参考文献[48]许可转载。Copyright 2017,American Chemical Society.(c) Sb HPs@OCB的TEM图。经参考文献[52]许可转载。Copyright 2019,John Wiley & Sons,Inc
图5(a) Sb嵌入碳化硅（SiOC）复合材料的TEM图和EDS图，(b) Sb嵌入SiOC复合材料在0.001和2V之间的相应循环性能，(c) Sb嵌入SiOC电极材料的倍率性能，(d) Sb嵌入SiOC电极材料在电流密度分别为0.5、1 和 2C时的循环性能。经参考文献[54]许可转载。Copyright 2017,John Wiley & Sons,Inc
图6(a)封装在N/S共掺杂碳骨架中Sb纳米棒复合材料的TEM图和EDS图。经参考文献[58]许可转载。Copyright 2019,American Chemical Society.(b)核壳结构Cu@Sb纳米线阵列的SEM和TEM图以及EDS图。经参考文献[60]许可转载。Copyright 2019,John Wiley & Sons,Inc.(c)直接生长在Cu基板上的自支撑Sb棱柱体阵列的SEM和TEM图，(d)自支撑Sb棱柱体阵列在0.5C下的相应循环性能。经参考文献[61]许可转载。Copyright 2019,John Wiley & Sons,Inc
图7(a)固定在还原氧化石墨烯(Sb₂O₄/RGO)上的Sb₂O₄纳米棒的TEM图和EDS图，(b) Sb纳米棒复合材料在50mA/g下的循环性能。经参考文献[81]许可转载。Copyright 2017,Elsevier.(c)3D多孔Sb/Sb₂O₃负极材料的SEM和TEM图，(d)3D多孔Sb/Sb₂O₃电极材料在66mA/g电流密度下的相应循环性能。经参考文献[85]许可转载。Copyright 2015,John Wiley & Sons,Inc
图8(a)碳包覆的单壳空心球Sb₂S₃ SEM、TEM图和EDS图。经参考文献[100]许可转载。Copyright 2018,Elsevier.(b)中空多壳Sb₂S₃极材料的TEM图和EDS图。经参考文献[104]许可转载。Copyright 2019,Elsevier.(c) Sb₂S₃多壁碳纳米管复合材料的SEM和TEM图。经参考文献[105]许可转载。Copyright 2017,Elsevier
图9(a)纳米结构Sb₂S₃与S掺杂石墨烯片复合SEM、TEM图和EDS图。经参考文献[106]许可转载。Copyright2016，American Chemical Society.(b)嵌入Sb₂S₃的硅-氧-碳(Si-O-C)纳米纤维的TEM图和EDS图。经参考文献[107]许可转载。Copyright2019,Elsevier.(c)嵌入Sb₂S₃的无定形磷/碳框架的TEM图和EDS图，(d)在0.05~2A/g不同电流密度下嵌入Sb₂S₃的无定形磷/碳框架的倍率能力。经参考文献[95]许可转载。Copyright 2016,Elsevier
图10(a) Sb₂S₅-GO分散体水热还原后的照片以及相应的切片，(b)3D多孔Sb₂S₅-GF-8 复合材料SEM图和EDS图，3D多孔Sb₂S₅-GF-8 复合材料在 0.1~10A/g不同电流密度下的倍率性能。经参考文献[19]许可转载。Copyright 2017,American Chemical Society.(c)Sb₂Se₃超长纳米线基膜的正视和侧视图、SEM和TEM图，(d) Sb₂Se₃超长纳米线基膜在电流密度100mA/g下循环性能和库仑效率。经参考文献[111]许可转载。Copyright 2016, American Chemical Society
图11(a)3D NiSb金属间空心纳米球的SEM和TEM图，(b)3DNiSb金属间空心纳米球电极材料在 0.1~15C不同电流密度下的倍率性能。经参考文献[122]许可转载。Copyright2015,Elsevier.(c) SnSb合金纳米粒子与RGO(RGO-SnSb)复合材料SEM和TEM图，(d)RGO-SnSb复合材料在 0.1~30C不同电流密度下的倍率能力。经参考文献[123]许可转载。Copyright2015,American Chemical Society.(e)自支撑N掺杂碳纳米纤维封装CoSb纳米颗粒的SEM、TEM图和EDS图，(f)自支撑N掺杂碳纳米纤维封装CoSb纳米颗粒复合材料在0.1~2A/g不同电流密度下的相应倍率性能。经参考文献[124]许可转载。Copyright 2013,Royal Society of Chemistry
图12(a) Sb@CNFs合成过程示意图，不同放大倍数下Sb@CNFs的SEM图和TEM图及其相应性能：200mA/g下的循环和1000mA/g的长期循环。经参考文献[145]许可转载。Copyright 2020,John Wiley & Sons,Inc. (b)电解质分析和界面模型的示意图。经参考文献[143]许可转载。Copyright 2021,John Wiley&Sons,Inc
图13Sb@Sb₂O₃@N-3DCHs复合材料制备过程中形貌和结构演化过程示意图以及相应的Sb@Sb₂O₃@N-3DCHs复合材料的SEM和TEM图。经参考文献[141]许可转载。Copyright 2021,John Wiley & Sons,Inc
图14(a) BiSb@C复合材料合成过程示意图，(b) BiSb@C与二维多孔碳纳米片的SEM和TEM图。经参考文献[139]许可转载。Copyright 2020,American Chemical Society.(c)用于LIB的MSb@NPC（M = Ni、Co或Fe）复合材料的制备图示，(d) CoSb@NPC复合材料的SEM和TEM图。经参考文献[140]许可转载。Copyright 2021, John Wiley & Sons,Inc
通讯作者简介
朱杉
2019年获得天津大学博士学位，现为赵乃勤教授课题组助理研究员。研究方向包括机器学习、纳米材料及其能源相关应用。
何春年
天津大学材料科学与工程学院教授。2008年获得天津大学博士学位，2016年美国麻省理工学院访问学者，主要研究方向为金属基复合材料和先进纳米材料。
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-021-00304-9
原文刊载于【天津大学学报英文版】公众号
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