一、引言 随着近年来锂离子电池(LIBs)技术的逐渐成熟，新能源汽车产销量增加，导致锂储量稀缺，金属锂价格上涨。由于钠资源丰富、成本低廉等关键优势，钠离子电池在新能源汽车和大规模储能应用中具有巨大潜力。具有高容量(Na15Sn4: 847 mAh g-1)和低电位(~ 0。V vs. Na/Na+)是一种很有前途的商业硬碳负极材料的替代品。然而，在Sn与Na合金化过程中，中间相a- NaSn和末相Na15Sn4的体积膨胀分别约为220%和520%。结果，Sn负极材料内部产生了巨大的应力，导致材料开裂，导致循环性能较差，暴露出新的界面，与电解质反应生成固体电解质界面(SEI)。如此频繁的SEI生成会消耗大量的电解质，导致电池故障。此外，Sn负极材料在钠化过程中发生了不同的相变，内阻发生了巨大变化，导致能量效率较低。最近，Lee等发现，钠化Sn负极的电阻显著提高，比新鲜Sn负极的电阻提高了8个数量级。这种高电阻率归因于共价键合锡簇的形成，即所谓的Zintl离子，它是由四个Sn原子组成的四面体结构。纳米Sn负极材料可以减缓较大的体积变化，缩短扩散距离，提高循环稳定性和速率能力。而比表面积大的纳米材料在初始充放电过程中容易产生更多的SEI，从而消耗更多的正极材料中的Na+和电解质，导致较低的初始库仑效率(ICE)。到目前为止，已报道的Sn基负极的ICE均小于80%，因此制备具有高ICE(>90%)、优异的倍率能力和长期循环稳定性的负极材料仍然是一个挑战。二、正文部分 成果简介 近日，上海交通大学钱雪峰教授、宰建陶副教授和华威大学CheeTongJohn Low教授等人通过热还原聚合物-Fe2O3涂层的空心SnO2球，设计了一层金属间化合物FeSn2层来构建一个蛋黄-壳Sn/ FeSn2@C结构。FeSn2层可以缓解内部应力，避免Sn的聚集，加速Na+的传输，并实现快速的电子传导，从而赋予了快速的电化学动力学和长期稳定性。Sn/ FeSn2@C负极表现出高的初始库仑效率（ICE= 93.8%）和高的可逆容量，在1 A g-1下进行1500次循环后，可逆容量为409 mAh g-1，相应的容量保持率为80％。此外，NVP // Sn / FeSn2@C钠离子全电池显示出优异的循环稳定性（1 C下经过200次循环后，保持率为89.7％）。。该研究以题目为“Sn Anodes Protected by Intermetallic FeSn2 Layers for Long-lifespan Sodium-ion Batteries with High Initial Coulombic Efficiency of 93.8%”的论文发表在材料领域国际期刊《Angewandte Chemie International Edition》。图文导读 【图 1】Na+插入/提取示意图(a)蛋黄壳Sn@C负极和(b) Sn/FeSn2@C负极。 【图 2】Sn/ FeSn2@C材料的合成过程。 【图 3】(a) Sn/ FeSn2@C材料的SEM图像，(b)- (c)低分辨率TEM图像，(d)高分辨率TEM图像，(e) SAED模式，(f) Sn/FeSn2@C材料的TEM图像和元素映射(Sn:红色，Fe:橙色，c:绿色) 【图 4】(a) Sn/ FeSn2@C材料(c) Sn 3d， (d) Fe 2p元素的XRD谱图，(b) Raman谱和XPS窄谱。 【图 5】(a) 0处的初始充放电曲线。A g-1和(b) Sn@C和Sn/ FeSn2@C负极在0.5 mV s-1时的第一个CV曲线，(c) Sn/ FeSn2@C负极的ICE与报道的Sn基负极的比较，(d)速率性能，(e) 1 A g-1时的长循环寿命。总结和展望 综上所述，作者利用空心SnO2纳米球作为原材料，我们成功制备了具有金属相Sn和FeSn2异质界面的蛋黄-壳结构Sn/ FeSn2@C负极材料，通过热还原实现了转化。Sn / FeSn2异质界面可以有效地缓解体积膨胀并防止Sn颗粒的聚集。在钠化过程中，金属间化合物FeSn2可以转化为高导电性和均匀分散的Fe纳米颗粒，提供了快速的电子传输通道。因此，Sn /FeSn2@C负极在0.1 A g-1下表现出高的充放电容量为709.5/756.6 mAh g-1（ICE = 93.8％），在1 A g-1下进行1500次循环后可逆容量为409 mAh g-1，容量保持率为80％。即使电流密度增加到20 A g-1，Sn / FeSn2@C负极仍具有260 mAh g-1的容量。此外，NVP // Sn / FeSn2全电池在1 C下经过200次循环后仍具有75.6 mAh g-1的可逆容量（容量保持率为89.7％）。
参考文献
Chen Ming, Xiao Ping, Yang Ke, Dong Boxu, Xu Dong, Yan Changyu, Liu Xuejiao, Zai Jiantao, Xuefeng Qian, Low CheeTongJohn, Sn Anodes Protected by Intermetallic FeSn2 Layers for Long-lifespan Sodium-ion Batteries with High Initial Coulombic Efficiency of 93.8%, Angewandte Chemie International Edition, 2023DOI: 10.1002/anie.202219177https://doi.org/10.1002/anie.202219177