近日，环化学院张海娇教授课题组在能源和纳米材料领域的国际高水平期刊《Energy Storage Materials》（IF：17.789）和《ACS Nano》（IF：15.881）分别发表题为“Sn-based nanomaterials: from composition and structural design to their electrochemical performances for Li- and Na-ion batteries”和“Microscale Si-based anodes:Fundamental understanding and industrial prospects for practical high-energy lithium-ion batteries”的文章。

锡基负极材料（金属锡、氧化锡和硫化锡等），凭借其较高的理论容量、自然丰度和合适的工作电压等优势，广泛应用于锂离子和钠离子电池等储能领域。然而，由于该类材料在充放电过程中大的体积变化和较差的反应动力学，从而导致电极结构崩塌、容量衰减和倍率性能差等问题，严重阻碍了进一步的应用和发展。为解决以上问题，研究人员已经开发了多种合成策略来改善和提高其电化学性能，包括减小粒子尺寸到纳米尺度、引入可缓冲体积膨胀效应的空腔、构建分级多孔结构或其他复合体系等。本工作主要从锡基负极材料的结构和组成调控角度出发，系统总结了该类材料在锂离子和钠离子电池中应用的最新进展（图1），并深入探讨了金属锡、锡氧化物和锡硫化物负极材料的电化学储能机制以及它们的结构和性能之间的构效关系等。最后，从基础研究、储能机理和实际应用三方面对各类锡基负极材料面临的挑战和机遇进行了总结。

图1锡基负极材料用于锂离子和钠离子电池

硅基负极材料因其高的比容量等突出优点而被视为最有潜力的下一代储锂商用材料。然而，其大规模应用仍面临一些关键性的挑战。针对实用硅负极难以大规模商业化应用的问题，本综述从多项实用性能指标综合评述了微米硅基负极材料实用化设计的最新进展（图2），包括从纳米尺度转为微米尺度设计的重要意义，三类重要的微米尺度硅基负极材料（硅微米颗粒、氧化亚硅微米颗粒、微米分级结构硅基负极）的设计策略、锂化行为和结构-性能关系等。同时，对组成电池器件的其他重要因素如粘结剂、电解质、预锂化技术等的最新进展也进行了概括性总结。最后对高能量密度硅基锂离子全电池的实用性、机遇和挑战也进行了概述和展望。

图2微米尺度的硅基负极材料用于锂离子电池

张海娇教授课题组长期致力于碳基低维纳米结构和硅基多孔材料的可控制备及其在能源存储和转化等领域中的应用研究，特别是锂离子和钠离子电池等负极材料的研究和开发。2021年以来，与复旦大学、厦门大学和澳大利亚等多所高校合作，在Sci. Bull., Nano Today, ACS Nano, Energy Storage Mater.,Sci. China Chem.等国内外主流期刊上发表SCI论文10余篇。

以上工作第一作者为我校硕士研究生吴程昊和青年教师朱冠家，张海娇教授和吴明红教授为共同通讯作者，亚星221net为唯一通讯单位；并得到了上海市教委曙光学者计划、上海市政府发展研究中心和纤维材料改性国家重点实验室等的资助和支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.09.026

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c05898