钠离子电池是一种令人兴奋的后锂储能替代品，但其高性能负极材料仍然有限。磷基材料可用于钠离子电池的高容量负极，但由于电导率低和体积膨胀大，通常面临性能保持率低的问题。为了生产具有成本效益的钠离子电池，北京工业大学的研究人员合成了一系列 P-/Sn 基复合材料，作为高容量和高稳定性的负极材料，使完整的电池能够在 50 次循环后保持 97.7% 的容量保持率。
由北京工业大学材料与制造学院先进电池材料与器件研究所教授于海军领导的研究人员通过以下方法有效地定制了 P-/Sn 基复合材料中的组件结构，以实现高稳定性简便且低成本的一步式球磨。他们于 10 月 1 日在Energy Material Advances上发表了他们的方法。
“考虑到钠资源的丰富性和低成本，钠离子电池有望成为广泛使用的锂离子电池的重要替代品，”主要通讯作者、北京工业大学教授于海军表示。Yu说，高容量负极材料，例如磷，因其理论容量高、放电电压低和成本低而受到广泛关注。“然而，磷往往会出现体积膨胀大的问题，导致许多问题，如结构坍塌、颗粒粉化，从而导致性能迅速衰减。因此，必须通过与锡等其他元素适当合金化并构建良好来缓冲这些问题。 -设计的微观结构。”
“开发低体积膨胀和长循环稳定的磷基复合负极材料已成为一个紧迫的问题”，于说，“开发具有成本效益和可扩展性的方法来优雅地调整复合材料的微观结构以消除他们的缺点。” 在他们的论文中，通过简单且低成本的一步球磨合成了一系列 P-/Sn 基复合材料。包含晶体纳米域(例如 Sn 4 P 3)的最佳结构，从而实现了嵌入和分离在非晶磷基体中的锡。这种结构阻碍了金属锡基颗粒的聚集并提高了非晶磷的导电性，从而提高了电化学反应的效率。此外，由于磷的晶畴尺寸小和无定形性质，抑制了体积膨胀引起的颗粒坍塌，使材料具有高稳定性。
这种高度无序的复合负极材料面临的另一个挑战是如何通过平均手段获得不同微观结构的局部结构信息，即探测材料的宏观数量而不是测试非常有限的区域。对分布函数，简称 PDF，在此作为一种核心定量技术被新引入，以阐明其结构，并结合其他技术，表明嵌入非晶基体中的 Sn 4 P 3和 Sn 晶畴的形成和比例。
PDF 是一种强大的表征技术，它不仅可以为复杂系统提供局部结构信息，还可以量化有序甚至无序材料中的成分。Li 和 Huang 指出，该团队还创新了新方法，包括首次使用原子 PDF 来定量分析 SnP x晶畴的结构和比例。
第一作者陈柏旭认为，考虑到钠资源的丰富性和低成本，钠离子电池有望成为广泛使用的锂离子电池的重要替代品。在他对钠离子电池电极材料的调查中，选择了磷和锡，因为它们具有高理论容量、低放电电压和低成本。“该研究揭示了钠离子电池用 P-/Sn 基非晶占主导地位的复合材料的合理设计和具体识别，”陈说。
研究人员指出，该研究很好地调整和识别了 P-/Sn 基负极材料的成分和微观结构，为钠离子电池高性能负极材料的设计提供了见解。
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