由于钠源丰富且安全性相对较高，钠离子电池（SIBs）被认为是下一代大规模储能系统的有希望的候选者。然而，目前缺乏合适的阳极材料限制了SIBs的发展。具有丰富的原料来源和高理论容量的金属氧化物（MOs）作为科学界SIBs的阳极引起了人们的广泛关注。然而，由于SIBs的充电/放电过程中的低导电率、大的体积变化，该材料经常表现出不令人满意的循环稳定性和容量。通过将石墨烯结合到具有定制纳米结构和组成的MOs材料中，此类复合物的构建已经证明在SIBs中具有较好的性能。在这篇综述中，我们试图全面总结低成本金属氧化物/石墨烯复合材料（MOs/G）作为SIBs阳极材料的研究进展。证明了MOs/G复合材料的不同形貌、组成、晶相及其在SIBs中电化学性质的特征。讨论了MOs材料的形态和结构性质与它们在SIBs中性能的相关性。这一及时的综述揭示了使用MOs/G作为阳极材料实现具有高能量密度和长循环寿命的成本有效、安全的SIBs的途径。

Figure 1. SIBs中阳极材料和普通金属氧化物系阳极的一般分类。



Figure 2. （a）在电化学处理过程中ZnO阳极的晶相转变的示意图;（b-e）在结晶时间内单晶ZnO的形态和结构演变的TEM图;（f）经过处理产物的电子衍射图案;（g-j）多晶ZnO的形态和结构演变的TEM图;（k）转化后的电子衍射图案。



Figure 4. 低成本金属氧化物作为SIBs阳极的电化学性能总结。


Figure 5. （a）样品制造的示意图;（b）GF/CNTs@SnO的SEM图（插图：高倍率）;（c）具有连续电子和Na离子转移通道的GF/CNTs@SnO电极的示意图;（d）各种电流密度下的充电/放电曲线;（e）倍率性能；（f）0.1 A/g下的循环寿命；（g）电容效应和扩散控制过程的电荷存储贡献，用CV以3 mV/s的扫描速率分离。



Figure 6. （a）NiO/Ni/石墨烯复合材料的形成示意图;（b,c）NiO/Ni/石墨烯复合物的SEM图；（d,e）NiO/Ni/石墨烯复合物的TEM图；（f）在0.005-3 V的电压范围内，以0.2 mV/s的扫描速率收集的NiO/Ni/石墨烯复合物的循环伏安图；（g）电流密度为200 mA/g，第一次和第二次循环的恒电流充电和放电曲线，电流密度为1 A/g时，第1次，第10次，第100次和第200次循环；（h）电流密度为1 A/g（在前5个循环中使用200 mA/g激活）的SIBs循环性能表明每个循环的衰减率为0.2％；（i）电流密度为200 mA/g至2 A/g下的比容量范围。



Figure 7. （a）SIBs中，Fe₂O₃/石墨烯基阳极在不同电流密度下的比容量；（b）Fe₂O₃/石墨烯复合材料中Fe₂O₃的粒径和石墨烯的质量比。

相关研究成果于2019年由湖南大学Jianmin Ma课题组，发表在Energy Storage Materials（2019, 16, 434–454）上。原文：Metal oxide/graphene composite anode materials for sodium-ion batteries。