Анодні матеріали-типу конверсії в основному включають оксиди, фосфіди, сульфіди та нітриди металів. В електрохімічних процесах ці матеріали сприяють утворенню або розкладаннюсполуки літіючерез реакції відновлення або окислення металів. Оскільки вони можуть брати участь у багато-електронних окисно-відновних процесах, аноди на основі цих матеріалів демонструють оборотну ємність до 1000 мА·бг.
FeOₓ
Завдяки низькій вартості, відносно низькій токсичності, значним природним запасам і особливо високій теоретичній питомій ємності залізооксидні матеріали широко вивчалися як анодні матеріали для літій-іонних батарей. Поширені сполуки оксиду заліза включають -Fe₂O₃, -Fe₂O₃ і Fe3O₄. Ці сполуки демонструють теоретичну питому ємність приблизно 1007 мА·год/г і 926 мА·год/г відповідно. Однак при практичному застосуванні оксид заліза стикається з багатьма проблемами. Повільна кінетика транспорту електронів/іонів і значне розширення/скорочення об’єму під час повторюваних процесів заряду–розряду призводять до швидкого зменшення ємності та низької швидкості електродів з оксиду заліза. Крім того, масові матеріали з оксиду заліза мають низьку електропровідність. Щоб вирішити ці проблеми, дослідники в основному прийняли такі стратегії, як контроль морфології та структури, вуглецеве покриття та створення композитних матеріалів із підкладками з високою провідністю. Ці підходи часто досягають синергічного ефекту через поєднання кількох стратегій, і певний прогрес був досягнутий.
CoOₓ
Оксиди кобальту (CoOₓ), такі як Co₃O₄ і CoO, також широко вивчалися як анодні матеріали для літій-іонних акумуляторів через їхню високу теоретичну питому ємність. Як і оксиди заліза, CoOₓ страждає від тих самих проблем: значні зміни об’єму під час процесу заряджання–розряджання, погана власна електропровідність і повільна кінетика реакції, що призводить до швидкого зменшення ємності та поганої циклічної стабільності. Guan та ін. синтезували одно{4}}фазові восьми-нанодиски Co₃O₄ з використанням кисню як попередника реакції. Ці нанодиски мали розмір частинок 100–200 нм і забезпечували оборотну питому ємність приблизно 474 мА·год/г при циклічній роботі з високою щільністю струму. Цей результат вказує на те, що морфологія та розмір частинок мають значний вплив на електрохімічні характеристики CoOₓ. Wang та ін. підготовлені наноголки Co₃O₄, вирощені безпосередньо на титановому субстраті за допомогою гідротермального методу. Ці наноголки не тільки продемонстрували відмінний електричний контакт зі струмознімаючим колектором, але й ефективно буферизували розширення об’єму. Після 30 циклів при 0,2C вони все ще зберігали високу оборотну ємність 1015 мА·год/г.
Для композитних систем CoOₓ, що складаються з двох або більше компонентів, синергетичний ефект між компонентами може додатково покращити загальну електрохімічну ефективність. Наприклад, поєднання оксиду кобальту з високопровідними матеріалами на основі вуглецю-або інших оксидів металів може значно підвищити продуктивність і стабільність циклів. Це призвело до збільшення уваги до проектування та розробки композитних систем у цій галузі.
ZnO
Оксид цинку також привернув велику увагу як анодний матеріал для літій-іонних акумуляторів завдяки його відносно високій теоретичній питомій ємності, низькій вартості, простоті приготування та різноманітній морфології. ZnO реагує з літієм за допомогою комбінованого механізму легування (утворення сплаву Li–Zn) і перетворення (утворення Li₂O). Його теоретична питома ємність може досягати 978 мА·год/г, що значно вище, ніж у графітових анодів. Однак оксид цинку страждає від поганої електропровідності, сильного розширення/скорочення об’єму під час повторюваних циклів заряду–розряду та утворення великої кількості неактивного Li₂O під час циклу. Ці фактори призводять до швидкого зниження ємності, низької продуктивності та короткого циклу експлуатації електродів ZnO. Щоб вирішити ці проблеми, дослідники в основному прийняли такі стратегії, як контроль морфології та структури, вуглецеве покриття, легування гетероатомами та конструювання композитів на основі ZnO- з високопровідними підкладками. Ці методи часто досягають кращої продуктивності зберігання літію шляхом поєднання кількох стратегій модифікації, а деякі сполуки цинку металів також демонструють чудові електрохімічні характеристики.
4. MPₓ
Останніми роками фосфіди металів також привернули широку увагу під час застосування анодних матеріалів для літій-іонних батарей. Ці сполуки зазвичай реагують з літієм за допомогою механізму перетворення і часто мають дуже високу теоретичну питому ємність завдяки багато-реакціям переносу електронів на формульну одиницю. Однак, як правило, вони страждають від великого розширення об’єму під час літування/розпилення, що призводить до розпилення та втрати електричного контакту між активними частинками та струмознімачом, що серйозно обмежує їх практичне застосування.
Серед них останнім часом інтенсивно досліджуються фосфіди на основі заліза, кобальту, нікелю-міді. На прикладі фосфідів заліза їх теоретична питома ємність може досягати 500–1800 мА·год/г. Крім того, фосфіди металів зазвичай демонструють вищі напруги накопичення літію (зазвичай 0,5–1 В порівняно з Li⁺/Li), ніж оксиди та сульфіди металів, що допомагає зменшити ризик утворення літієвих дендритів під час швидкого заряджання. Крім того, фосфіди металів зазвичай виявляють вищу електропровідність, ніж відповідні оксиди металів, що є корисним для покращення продуктивності. Таким чином, раціональне проектування наноструктур металофосфіду та їх композитів із матеріалами на основі вуглецю-стало важливим напрямком досліджень у цій галузі. Приклади включають Ni₂P, NiP₂, NiP3, Ni₅P₄, CoP, Co₂P, CoP3, FeP, FeP₂, Cu3P тощо. Усі ці сполуки продемонстрували відмінну ефективність зберігання літію в дослідженнях, демонструючи великий потенціал для практичного застосування. Потрійні сполуки Ni₂P і Li–Ni–P можуть навіть досягати надшвидких реакцій інтеркаляції/деінтеркаляції-іонів літію завдяки їхній унікальній структурі та високій електропровідності.