能源與環(huán)境問題是21世紀人類面臨的重大問題，其中能量的存儲與轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。目前，應(yīng)用較為廣泛的是鋰離子電池。但是，鋰在地殼中較低的豐度、較高的價格在一定程度上會限制其發(fā)展前景。此時，由于鈉具有資源豐富、分布均勻以及價格低廉等優(yōu)勢，使得鈉離子電池重新回到科研工作者的視野。

鈉離子電池是一種“搖椅式”電池，即通過Na+在正負極材料之間的嵌入和脫出實現(xiàn)可逆充放電。但是Na+的尺寸大于Li+，并且具有動力學惰性，因此尋找適合Na+嵌入/脫出的電極材料，尤其是負極材料至關(guān)重要。如商業(yè)化鋰離子電池的負極材料石墨，其層間距為0.34nm，無法承受鈉離子的脫嵌。鈉離子電池負極材料種類繁多，其中基于多電子轉(zhuǎn)化機制反應(yīng)的金屬化合物類材料因其較高的理論比容量而備受關(guān)注，成為研究熱點和重點。本文梳理總結(jié)了金屬化合物轉(zhuǎn)化類材料包括金屬氧化物、金屬硫化物和金屬磷化物的研究進展以及未來的發(fā)展前景。

鈉離子電池的電化學性能主要取決于正負極材料。但是，鈉離子較大的半徑使其在電極材料中可逆地嵌入/脫出更為困難。而金屬化合物材料作為儲鈉負極材料時，遵循轉(zhuǎn)化反應(yīng)機制，表現(xiàn)出較高的理論比容量。

1.金屬氧化物

金屬氧化物（MOx）以其低廉的價格，較高的理論比容量而得到廣泛研究。其儲鈉機理可分為兩類：①當M為電化學非活性元素（如Fe、Co、Ni、Cu等）時，與鈉發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成M和Na2O，如式(1)所示；②當M為電化學活性元素（如Sn、Sb等）時，先發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成金屬單質(zhì)M和Na2O，而后金屬M再與Na進行合金化反應(yīng)生成NanM。

金屬氧化物材料由于自身導電性差以及循環(huán)過程中較大的體積膨脹，會破壞電極結(jié)構(gòu)的完整性，導致循環(huán)性能和倍率性能較差。一般通過設(shè)計制備具有新型微納結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，或與導電材料（如碳納米管、石墨烯等材料）進行復(fù)合，抑制體積膨脹，促進離子和電子的傳輸，從而改善其電化學性能。

2.金屬硫化物

作為鈉離子電池負極材料，金屬硫化物（MSx）同樣引起了科研工作者巨大的關(guān)注。此種材料主要包括層狀的二硫化物（SnS2、MoS2、WS2等）和非層狀的硫化物（FeS、NiSx等）。其中，層狀二硫化物通常先在高電位發(fā)生Na+脫嵌反應(yīng)，然后在低電位發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成金屬單質(zhì)M和Na2S。其中有些材料如SnS2在更低電位時還發(fā)生合金化反應(yīng)。同樣的，與金屬氧化物材料類似，金屬硫化物在發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)時會有較大的體積變化，影響材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

3.金屬磷化物

金屬磷化物MPx與堿金屬（如Li和Na）可發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成M和Li3P或Na3P。金屬單質(zhì)M在Li3P/Na3P相中均勻分散，能夠加快Li3P/Na3P氧化反應(yīng)的動力學過程，從而使得MPx作為電極材料時表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。

作為一種新型儲能體系,鈉離子電池受到了廣泛關(guān)注。其中負極材料的研究在很大程度上決定著整個體系的性能。金屬化合物負極材料具有較高的理論比容量，是一類理想的鈉離子電池負極材料。當然金屬化合物負極材料的研發(fā)需要克服其本身較低的電子電導率以及轉(zhuǎn)化反應(yīng)（合金化反應(yīng)）過程中較大的體積變化等難題。構(gòu)筑更為有效的金屬化合物與導電碳材料的復(fù)合電極，以及針對性地設(shè)計制備微納結(jié)構(gòu)的電極材料，是解決上述問題，進而提高金屬化合物負極儲鈉容量，改善循環(huán)壽命的可行策略。