本文的主要作者包括Syed Ali Riza、Xu Ri-gan、Liu Qi、Muhammad Hassan、Yang Qiang、Mu Dao-bin、Li Li、Wu Feng和Chen Ren-jie，他们均来自北京理工大学材料科学与工程学院的环境科学与工程重点实验室。该论文发表于《新型炭材料》（New Carbon Materials）2024年第39卷第5期，DOI为10.1016/s1872-5805(24)60886-3。
本文的主题是钠离子电池（Sodium Ion Batteries, SIBs）的负极材料。随着锂离子电池（Lithium Ion Batteries, LIBs）在电动汽车和便携式智能设备中的广泛应用，锂资源的稀缺性和价格上涨促使科学家们寻找替代品。钠离子电池因其成本低廉、钠资源丰富而成为潜在的替代方案。然而，与正极材料相比，钠离子电池的负极材料研究相对较少，且面临诸多挑战。本文综述了不同类型的负极材料，包括碳基材料、金属化合物和有机材料，并探讨了它们的反应机制、结构改性策略以及面临的挑战与前景。
全球变暖问题日益严重，化石燃料的燃烧是主要的二氧化碳排放源之一。电动汽车（EVs）的推广是减少化石燃料使用的重要途径之一，而二次电池是电动汽车的核心组成部分。锂离子电池自1991年商业化以来，广泛应用于电动汽车、电子设备、储能系统（ESS）和通信系统。然而，随着锂需求的增加，锂资源的价格不断上涨，且锂资源的分布不均，促使科学家们探索使用地球上丰富的元素来替代锂。钠离子电池因其成本低廉、钠资源丰富而成为潜在的替代方案。
钠离子电池的负极材料可以通过插入/嵌入（intercalation）、合金化（alloying）或转化反应（conversion）来存储钠离子。本文将这些材料分为五类：碳基材料、钛基材料、转化型材料、合金型材料和有机材料。早期的钠离子电池负极材料主要是碳基材料，如石墨、硬碳（Hard Carbon, HC）和软碳（Soft Carbon），它们通过嵌入机制存储钠离子。近年来，金属基材料和有机材料也受到了广泛关注。
碳基材料因其无毒、储量丰富和高导电性而成为锂离子电池和钠离子电池的理想负极材料。石墨是锂离子电池的默认选择，但由于钠离子难以嵌入石墨层间，石墨在钠离子电池中的应用受到限制。硬碳和软碳因其较大的层间距和较多的缺陷而成为钠离子电池的潜在负极材料。硬碳的层间距较大，能够更好地容纳钠离子，但其循环稳定性和初始库仑效率（ICE）较低。软碳则具有较少的缺陷和较长的循环寿命，但其初始库仑效率较低。
金属基负极材料包括金属氧化物、金属硫化物和金属磷化物。金属氧化物如SnO2、Sb2O3和TiO2等具有较高的理论容量，但其体积膨胀和低导电性限制了其应用。金属硫化物如SnS2和Sb2S3因其较低的体积膨胀和较高的导电性而表现出更好的性能。金属磷化物如Sn4P3和FeP因其高理论容量和环境友好性而受到关注，但其体积膨胀问题仍需解决。
有机材料因其低成本、可调节的电压范围和环境友好性而成为钠离子电池的潜在负极材料。然而，有机材料的初始库仑效率较低，循环稳定性较差。通过结构改性和掺杂等策略，可以提高有机材料的性能。
本文系统地综述了钠离子电池负极材料的研究进展，详细讨论了各类材料的优缺点、反应机制和改性策略。通过对碳基材料、金属基材料和有机材料的深入分析，本文为钠离子电池负极材料的研究提供了重要的参考和指导。此外，本文还指出了当前研究中面临的挑战，如体积膨胀、低初始库仑效率和循环稳定性等问题，并提出了可能的解决方案，如结构改性、掺杂和电解质优化等。
本文的亮点在于其全面性和前瞻性。首先，本文涵盖了钠离子电池负极材料的多个类别，包括碳基材料、金属基材料和有机材料，详细讨论了它们的反应机制和改性策略。其次，本文不仅总结了当前的研究进展，还指出了未来的研究方向，如新型碳同素异形体、金属基材料的纳米结构设计和有机材料的性能优化等。最后，本文通过大量的实验数据和理论分析，为钠离子电池负极材料的研究提供了坚实的科学依据。
本文通过对钠离子电池负极材料的全面综述，展示了该领域的最新研究进展和未来发展方向。尽管钠离子电池在商业化应用中仍面临诸多挑战，但通过不断优化负极材料的结构和性能，钠离子电池有望在未来成为锂离子电池的有力替代品。本文的研究为钠离子电池的进一步开发和应用提供了重要的理论支持和实践指导。