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锂离子电池具有高能量密度、高电压、高循环寿命、无污染、无记忆效应等优点，已经成为2l世纪最重要的能源之一。同时，随着小型化便携式电子设备日益增多，以及大型动力汽车的发展而对电源的要求日益提高，锂离子电池已经成了众多电源中最具发展潜力的电源，因此将得到更加广泛的应用。目前，商业化锂离子电池负极材料一般为石墨或者以石墨作为前躯体的各种碳材料，如碳、石墨、CNTs等。而且已达到其理论极限容量(372mAh/g，Li6C)，由于碳材料存在较大的容量衰减率和较差的高倍率充放电性能等缺陷，而束缚了锂离子电池的进一步发展。
自从1997年富士胶卷公司首次报道了锡基复合氧化物作为锂电池负极材料后，锡基负极材料曾一度受到广大研究者的关注。这是由于Sn能与“形成含锂量很高的Li22Sn5，金属间化合物，即平均lmol的Sn能容纳4.4mol的Li，其相应的理论质量比容量为994mAh/g，为石墨理论质量比容量的2倍多，是最具发展前景的金属材料之一。然而，该类金属材料在充放电循环过程中具有较大的体积膨胀和收缩，逐渐粉化，导致活性材料失效，首次充放电效率低和循环性能差。
目前，解决上述问题的办法有3种：(1)合成薄层结构，减小粒子尺寸来缓解部分体积膨胀问；(2)与非活性物质形成金属间化合物；(3)与活性材料形成复合物。
上述方法中，方法(3)是现在研究最有效的解决途径，Sn与非活性金属形成金属间化物Sn，Me，在嵌锂过程中形成合金相LiXSn，Me,也可能形成LiXSn与金属Me的混合相，其中Me提供缓冲基质，减轻脱嵌锂过程中电极内部的体积变化，起到维持粒子之间以及电极片与集流体之间的完整性作用。
目前，研究较多的锡基合金电极有Sn—Mn—C体系，Sn—Fe—C体系，Ni—Sn合金，Sn—Cu合金和Sn—Co合金等。文章主要综述Sn—Co合金负极材料在国内外的研究现状和发展方向。
理论研究
为了研究锂离子电池电极材料的嵌脱Li+性质，国内外研究者大多采用基于密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)的第一性原理(First-principle)计算方法来研究Li+嵌入电极材料时的形成能及相应的电子结构等性质。
基于密度泛函理论的第一性原理研究方法目前已被广泛应用于凝聚态物理、量子化学、半导体材料等领域，并已经取得了巨大成功和显著发展，在文献中，Ceder等人提出运用第一原理计算可以为锂离子电池正极材料的选取提供指导意义。Ouyang等人采用第一原理研究了橄榄石结构的正极材料LiFeP04中的Li+扩散机理。Kganyago等人采用LDA-DFT方法计算了金属Li、C和LiC6体系的总能量，并计算了LiC6的形成能△E=-0.145 eV。
本课题组利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法，对锡镍合金负极材料Li嵌入性质作了深入研究，计算了Ni2Sn和LiNi2Sn的电子结构，结果表明，负极材料Ni2Sn在脱嵌锂后，大量的镍原子将以团聚形式游离出来缓解体积膨胀，同时部分锡原子和镍原子形成较强共价键稳定基体骨架。相关的计算数据与实验规律基本吻合。
综上所述，以上方法制备的材料都具有首次不可逆容量大或者循环性能差等缺陷，嵌脱锂过程中体积膨胀等问题仍然有待解决。第一性原理计算方法相比纯粹的实验研究具有较大的优势，它不需要进行大量的重复性实验，就可以预测材料的多种物理性质和电化学性能，如结合能、体积膨胀系数、导电性以及比容量等。因此，对于寻找性能更佳的合金电极材料具有重要的指导作用。同时，运用理论与实验相结合的方法研究锂离子电池电极材料，对可持续新型负极材料、推动下一代高性能低价格锂离子电池具有重要意义。
