东北大学伊廷锋教授团队《CEJ》综述：混合电荷存储机制驱动的高性能碱金属离子电池用Sb2Se3基纳米复合材料的设计

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Sb₂Se₃具有成本低、理论容量高的优点，是一种很有前景的碱金属离子电池负极材料。但是，由于它在充放电的循环过程中会经历巨大的体积膨胀、缓慢的离子传输速率，从而导致了其容量的快速衰减和较差的倍率性能，这严重限制了它的进一步发展。因此，诸多研究人员都在致力于通过掺杂、形貌设计、构建复合材料等各种改性策略，来改善它的这些弊病，且已经取得了一些进展。为了进一步推动Sb₂Se₃在碱金属离子电池负极材料中的应用，东北大学伊廷锋教授团队首次对该材料进行了全面的总结。
这篇综述首先从Sb₂Se₃基负极材料的储能机理出发，详细介绍了它在锂、钠、钾离子电池中的反应机理。其次，通过对不同改性策略的综述，总结了其结构与性能之间的关系。最后，对Sb₂Se₃基负极材料的构建和优化给出了具体的建议，并指出了存在的挑战以及展望了未来的研究方向。相关成果以标题为“Design of Sb₂Se₃-based nanocomposites for high-performance alkali metal ion batteries driven by a hybrid charge storage mechanism”发表在Chemical Engineering Journal。第一作者为东北大学秦皇岛分校资源与材料学院功能材料专业本科生胡丽娜。通讯作者为聊城大学化学与化工学院张军红副教授和东北大学秦皇岛分校资源与材料学院伊廷锋教授。 
概要图.(a)碱金属离子电池电极材料三种不同反应机理示意图，(b)提高Sb₂Se₃阳极材料电化学性能的有效策略，(c)碱金属离子电池Sb₂Se₃基阳极材料的代表性实例和发展时间表。 
图1.(a-c)Sb₂Se₃的分子结构，(d)Sb₂Se₃在嵌锂（钠）/脱锂（钠）过程中的相变机理，Sb₂Se₃@C纳米纤维的(e)循环伏安和(f)恒流充放电曲线，(g-k)整个嵌钠过程的非原位选区电子衍射图像，（I）Sb₂Se₃首次嵌钠过程中不同阶段的相变化的结构模型。 
图2.(a,b)Sb₂Se₃纳米线首次充电过程的非原位电子衍射图像，(c)完全脱钠状态下的高分辨率透射电子显微镜图像，(d)Sb₂Se₃纳米线充电过程示意图，(e)Sb₂Se₃@C阳极的循环伏安曲线和(f)充放电曲线，(g)Sb₂Se₃阳极嵌钠/脱钠过程反应机理示意图。 
图3.Sb₂Se₃@RGO阳极的(a)循环伏安曲线，(b)恒流充放电曲线，(c)非原位拉曼光谱和(d)Sb3d的非原位XPS图，(e,f)Sb₂Se₃/NC/rGO阳极的原位XRD图和(g)循环伏安曲线及相应的充放电曲线，(h) Sb₂Se₃的储钾机理示意图。 
图4.(a)Sb₂Se₃纳米线合成路径示意图，(b)Sb₂Se₃纳米线的倍率性能和(c)循环性能，(d)Sb₂Se₃和(e)Sb₂Se₃@20%AB的扫描电子显微镜图像，(f)Sb₂Se₃和Sb₂Se₃@20%AB的循环稳定性和(g)倍率性能。 

图5.Sb₂Se₃@CNF在不同温度下的(a)循环稳定性和(b)倍率性能，(c)Sb₂Se₃@CNF-600电极的循环稳定性，(d,e)Sb₂Se₃/C的扫描电子显微镜图像和(f)循环性能，(g)循环过程中囊状碳壳内Sb₂Se₃结构变化及反应机理示意图。 
图6.(a)Sb₂S₃NDs@C和Sb₂Se₃NDs@C复合材料的循环性能，(b)碳包裹的Sb₂Se₃阳极（c-c/SS）改进后的K⁺嵌入/脱出过程循环稳定性机理示意图，(c)c-c/SS阳极在100 mA g^-1电流密度下的循环性能和(d)恒流充放电曲线。 
图7.(a)a-Sb₂Se₃/CNT材料的合成示意图，Sb₂Se₃的(b)钠吸附能和(c)钠扩散动力学的结构构型，(d)Sb₂Se₃与其他金属硫族化合物钠离子扩散势垒的对比，Sb₂Se₃@RGO复合材料的(e)循环性能和(f)倍率性能，(g)Sb₂Se₃/h-rgo薄膜的制备工艺示意图，(h) Sb₂Se₃@h-rGO阳极和(i)Sb₂Se₃阳极50次循环后的扫描电子显微镜图像，(j)Sb₂Se₃@h-rGO和Sb₂Se₃在100 mA g^-1下的循环稳定性。 
图8.(a)氮掺杂石墨烯包覆Sb₂Se₃纳米棒（NGS）阳极中Na离子和电子的转移示意图及电化学反应机理，(b)NGS的透射电镜图像，(c)不同位置Sb(012)和Se(101)平面的结构优化(T代表顶部位置，H代表空心位置)，(d)不同Sb₂Se₃基阳极复合材料在0.1 A g^-1时的循环稳定性。 
图9.(a)Sb₂Se₃/Sb/C纳米纤维的合成工艺示意图，(b)制备的Sb₂Se₃/Sb/CN在不同温度下的倍率性能和(C)循环性能。
原文链接 https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136121

作者简介

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伊廷锋教授，现为东北大学研究生院秦皇岛分院党委书记兼院长、学科建设处处长。先后入选安徽省技术领军人才、江苏省双创人才、河北省333人才工程第二层次人选、河北省普通本科院校教学名师、2019年度Clarivate Analytics材料科学领域和交叉领域 “Top 1%审稿人”、World’s Top 2% Scientists 2020榜单，2019年获河北省青年科技奖。担任《物理化学学报》编委、《Rare Metals》和《Chinese Chemical Letters》青年编委。主持国家自然科学基金项目4项，省部级项目6项，其他项目近20项。以第一/通讯作者身份在Coordination Chemistry Reviews、Nano Energy、Nano Today、Energy Storage Materials、Science Bulletin、Energy & Environmental Materials 等国际期刊发表SCI论文160余篇，H因子为45，他引6000余次，ESI高引论文22篇，热点论文3篇。授权第一发明专利13项，合作出版专著4部，其中，作为主编编著的《锂离子电池电极材料》一书入选化学工业出版社“中国制造2025”出版工程和“十三五” 国家重点出版物出版规划项目，获2020年度化学工业出版社优秀图书奖。

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