近日，44118太阳成城集团、新能源材料与工程研究院在钠离子电池研究方面取得新进展，相关成果以“Heterojunction vacancies-promoted high sodium storage capacity and fast reaction kinetics of the anodes for ultra-high performance sodium-ion batteries ”为题发表于材料类国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》期刊上（影响因子18.5，中科院一区）。

 

虽然锂离子电池(LIBs)已广泛应用于便携式电动汽车，但由于锂资源的短缺和分布不均，在大规模储能系统中的应用受到限制。钠离子电池(SIBs)被确定为锂离子电池可行替代品。电池的性能与电极材料密切相关，因此研制高性能的钠离子电池电极材料对提高其电化学性能具有重要意义。

 

在众多的钠离子电池负极材料中，金属硫化物具有较高的理论比容量而备受关注。然而，金属硫化物本征导电性差的问题阻碍了它的实际应用。虽然构造空位异质结可以改善钠的储存性能，但是当电流密度大于20 A g^-1时，它的电化学性能并不令人满意。此外，空位浓度对异质结金属硫化物的作用机理尚不清楚。因此，有必要用一种简单的方法研究异质结空位浓度对钠储存性能的影响，以便在原子水平上了解电化学反应。

 

本文成功合成了由葡萄糖衍生碳包覆的具有硫空位超细双金属硫化物(vancancy-CoS₂/FeS₂@C)，并将其应用于钠离子电池负极材料。合成的vancancy-CoS₂/FeS₂@C 材料具有牢固的界面C-S-Co/Fe化学键，有利于结构的稳定性，改变两种金属阳离子的比例可以在不增加后处理的情况下原位调节硫空位浓度。由于其独特的结构优点，vancancy-CoS₂/FeS₂@C具有超高的倍率性能(在电流密度为200A g^-1时，仍然具有285.1 mAh g^-1的比容量)和杰出的循环稳定性(在40 Ag^-1的电流密度下，循环了10000圈，仍然具有389.2 mAh g^-1的比容量)。此外，组装的全电池vancancy-CoS₂/FeS₂@C//Na₃V₂(PO₄)₃/C在2.0 Ag^-1的电流密度下，循环400圈后，仍然具有226.2 mAh g^-1的比容量。结果表明，空位的引入可以显著提高电子的电导率，提供更多的活性位点，促进钠离子的吸附。本文从原子水平上揭示了钠离子电池负极材料的电化学反应的机理，为高性能钠离子电池负极材料的设计提供了理论依据。

反应机理图

 

论文得到颜蔚研究员、张久俊院士的共同指导。44118太阳成城集团、新能源材料与工程研究院为第一单位。

 

论文来源：Hui Zheng, Dakai Ma, Maojun Pei, Chenkai Lin, et al. Heterojunction vacancies-promoted high sodium storage capacity and fast reaction kinetics of the anodes for ultra-high performance sodium-ion batteries [J]. Advanced Functional Materials, 2024.

 

原文链接：DO1:10.1002/adfm.202411651