雙金屬SbSn合金因其高理論比容量(752 mAh g-1)和良好的導(dǎo)電性而在鈉離子電池(SIBs)的負(fù)極材料中脫穎而出。然而，循環(huán)過程中的大體積變化會(huì)導(dǎo)致容量快速衰減。
西北大學(xué)劉肖杰、王惠等初步設(shè)計(jì)了具有豆莢狀結(jié)構(gòu)的柔性獨(dú)立電極，即通過靜電紡絲和高溫煅燒還原，將SbSn點(diǎn)填充到包括空心碳球和氮摻雜碳纖維在內(nèi)的集成碳基體中(B-SbSn/NCFs)。
B-SbSn/NCFs材料的優(yōu)勢(shì)可概括如下：首先，得益于SbSn雙金屬合金的高比容量以及Sn和Sb之間不同的鈉電位，鈉過程的暫時(shí)分離促使兩種金屬交替作為體積緩沖劑。值得注意的是，與這種協(xié)同效應(yīng)相對(duì)應(yīng)，SbSn合金表現(xiàn)出高比容量和優(yōu)異的倍率性能。
其次，集成的碳基體進(jìn)一步緩解了SbSn合金的體積變化，促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移，避免了復(fù)合材料中多余SEI層的形成。當(dāng)電極的柔韌性提高時(shí)，體積效應(yīng)和熱效應(yīng)降低，從而避免了循環(huán)過程中的顆粒粉碎。最后但同樣重要的是，自支撐柔性B-SbSn/NCFs膜可以直接作為自支撐電極，無需導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，避免了副反應(yīng)并大大簡(jiǎn)化了工藝流程。
圖2 B-SbSn/NCFs膜的形態(tài)和結(jié)構(gòu)表征
受益于上述優(yōu)勢(shì)，作為SIBs的負(fù)極時(shí)，自支撐柔性B-SbSn/NCFs膜電極在100 mA g-1下循環(huán)400次后表現(xiàn)出486.8和486.9 mAh g-1的高充放電容量。此外，即使將電流密度提高到500 mA g-1，經(jīng)過200次充放電循環(huán)后仍能達(dá)到292.4 mAh g-1的放電比容量。特別是由于工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良，該材料在制備和開發(fā)柔性自支撐膜電極方面具有巨大潛力，為未來柔性電極的大規(guī)模制造提供了設(shè)計(jì)思路。
圖3 B-SbSn/NCFs膜作為SIBs電極的電化學(xué)性能
Bean Pod-Like SbSn/N-Doped Carbon Fibers toward a Binder Free, Free-Standing, and High-Performance Anode for Sodium-Ion Batteries. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107869
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