异质双层介孔空心球SnSe2@N, Se-C作为负极增强锂/钠离子卡特蓄电池储能性能

锡基化合物因其高理论容量和低氧化复原电位，已成为碱金属二次电池负极资料的研讨热点。然而，这类资料一般存在体积变化剧烈、导电性差以及离子搬迁缓慢等问题。本研讨中，异质双层介孔空心球状SnSe@N,Se-C的规划与组成旨在改善锡基化合物的固有缺陷。当SnSe@N,Se-C作为介孔锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）的电极资料时，经过500次循环后，LIBs和SIBs的放电容量别离到达374.5 mAh g⁻2和307.8 mAh g⁻25 A g⁻¹时别离电化学动力学1测验、结构表征及1有限元分析1承认双层结构介孔空心球结构可以供给缓冲空间以缓解SnSe的体积扩展包，并经过介孔通道促进离子分散，然后提高循环稳定性与倍率功能。该全电池SnSe@N,Se-C//Na(PO为验证其在钠离子电池中的潜在应用，研讨团队拼装了该资料，充分利用了SnSe共同结构所带来的提高容量、倍率才能和循环耐久性优势。中空球体与介孔空心碳球耦合结构。本研讨提出了一种立异的SnSe负极资料2@N,Se-C，适用于锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs），一起为双层空心球的规划供给了重要参阅。2@N,Se-C//Na3V2(PO4)3 was assembled to verify its potential applications in SIBs, leveraging the enhanced capacity, rate ability, and durability offered by the unique structure of SnSe2 hollow sphere coupled with mesoporous hollow carbon sphere. This work proposes an innovative anode material of SnSe2@N,Se-C for LIBs and SIBs, as same as serving as a valuable reference for the design of double-layer hollow spheres.

图文摘要

锂离子电池（LIBs）因其明显的市场份额和预期增长率[1][2][3]，被公认为便携式电子设备与电动汽车的首选储能载体。然而传统石墨负极资料372 mAh g⁻¹的理论比容量已无法满足当代社会日益增长的需求[4][5]。此外，锂资源的稀缺性推高了电池制造本钱，约束了其在大规模储能体系中的应用[6][7][8]。因而，开发新式二次电池以替代锂离子电池的需求迫在眉睫。钠资源在地球上储量丰富且散布均匀，其运用本钱明显低于锂离子电池，可大幅降低电池运行本钱[9][10][11]。研讨标明，锂离子电池中最常用的商用负极资料石墨不具备储钠才能。在钠离子电池（SIBs）中，层距离约0.34 nm的传统石墨负极无法有用容纳Na+的嵌入/脱出。+由于其较大尺寸需要至少0.37纳米的有用插层空间，钠离子在该方面面对挑战。因而，寻找适用于锂离子电池/钠离子电池的负极资料，对于完成其大规模储能应用至关重要[12][13][14][15]。
锡基硒化物因其高理论比容量和低本钱特性也遭到研讨者广泛关注[16], [17], [18], [19]。与锡基氧化物和锡基硫化物比较，锡基硒化物具有更优异的电子传导功能。SnSe2可供给813 mAh g⁻¹的高理论容量1[20], [21], [22]。SnSe2作为一种新式层状过渡金属硫族化合物（TMC），硒化锡被认为是一种潜在的可充电负极资料。然而，硒化锡继续的转化反应和合金化反应会产生巨大的体积变化，这将导致活性资料结构易产生开裂，进而引起电极资料功能劣化[23][24]。为解决这一问题，许多研讨者探索了多种战略，例如构建多级组成结构、规划空心结构以及制备维护壳层等[25][26][27]。Yan等人经过多步模板法制备了缓冲体积效应的蛋黄-壳纳米球结构[28]。Lou等人报导了氮掺杂碳与SnS纳米片拼装体的层状结构，该复合资料经过合理整合缩短了电子/Na+离子分散途径并进步电导率[29]。Yang等人选用SnS纳米点作为共价键，完成了共同的MoS2/SnS中空超结构拼装体。该资料在钠离子电池中表现出优异的储钠功能[30]。值得注意的是，多种战略的协同应用能明显降低资料应力，一起减少锂+/钠+堆积/剥离过程中的体积胀大[31][32][33]。
本研讨经过限域生长与原位衍生化战略，成功组成了非传统碳包覆SnSe₂@C复合资料。这种异质双层介孔空心球结构具有异常大的比表面积，然后最大化电化学活性反应位点并最小化离子传输途径。碳壁外层作为稳定基质可明显提高复合资料的稳定性和导电性。双壁距离供给的空间形成了可缓解体积效应的缓冲区域。本研讨选用的原位生长-衍生化战略为双层空心球结构的制备引入了立异办法，该范畴近期进展也验证了这一点。