锂离子电池作为新一代的电化学储能与转换器件,具有工作电压高、能量密度高、使用寿命长、无记忆效应和对环境友好等诸多优点,被人们广泛地应用于手机、笔记本电脑、电动工具、摄像机、照相机及电动车等领域,是现阶段实现商业化的综合性能最优的二次化学电源^[1,2]。 锂离子电池负极材料是其重要的组成部分,作为储锂的主体,其性能高低直接决定了锂离子电池性能的优劣,目前商业化的锂离子电池一般使用石墨或者改性石墨作为负极材料,然而石墨的理论比容量仅为372 mA·h/g,难以满足市场对大型动力电池及储能电池的应用需求。 此外,石墨的嵌锂电位平台接近金属锂,当电池过充电时,电极表面易析出金属锂,形成锂枝晶造成电池短路^[3]。 因此,开发具有高能量密度及安全性能好的新型负极材料成为锂离子电池领域的重要研究方向之一。 Sb基负极材料作为合金机制负极材料的典型代表,因其具有较高的理论比容量、原材料来源丰富、易于制备、安全性能好等优点,被认为是具有发展潜力的可替代石墨的负极材料之一。 但是,Sb基负极材料与Si、Ge、Sn等负极材料类似,在充放电过程中会产生严重的体积变化,导致其循环性能差,这也严重限制了其商业化应用。 近年来,国内外科研人员针对如何提高Sb基材料的电化学性能进行了广泛而深入的探索,并取得了诸多卓有成效的成果。 根据嵌锂类型不同,本文对近年来合金类型的Sb负极(包括纯的金属Sb、Sb基复合材料及Sb基合金),转换-合金类型的Sb基负极(包括Sb基氧化物、Sb基硫化物、Sb基硒化物)等Sb基负极材料的研究进展进行了系统性的概述,分析总结了各种Sb基负极材料的综合性能,并对今后锂离子电池Sb基负极材料的发展方向予以展望。

1 合金类Sb负极

1.1 金属Sb负极材料

Sb基负极材料是合金机制负极材料的典型代表,金属Sb在脱嵌锂过程中能和锂发生可逆反应,生成Li-Sb合金储锂,即为合金化机理,具体如式(1)和(2)所示^[4]:

Sb+Li⁺+2e^- ?Li₂Sb

Li₂Sb+ Li⁺+e ^{Copyright 版权所有 Copyright 2013-2014 福建省云创集成科技服务有限公司 共建合作：中国协同创新网
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