DOI: 10.1016/j.electacta.2021.138246

在目前的研究状态下，开发高能量密度、长寿命的高性能钠离子电池电极材料仍然是一个挑战。例如，由于在钠离子电池的实际应用中负极活性物质的体积发生严重变化，导致不可逆的容量损失和较差的电池循环稳定性。事实证明，利用金属的不同氧化还原电位是减少体积变化的有效方法。在此，研究者将SbSn纳米点封装在通过静电纺丝制备的氮掺杂碳纳米纤维中。SbSn中Sn和Sb的不同氧化还原电位有助于减小循环过程中的体积膨胀，三维互连N掺杂碳纳米纤维（NCNFs）具有高比表面积和高孔隙率，有利于电子和离子的传输。所得SbSn纳米点填充N掺杂碳纳米纤维（SbSn@NCNFs）复合材料表现出优异的电化学性能，较高的放电容量（在100mA/g下为808mAh/g），倍率性能（在1.6A/g下为331mAh/g）和出色的循环稳定性（500次循环后，在100mA/g下为331mAh/g）。以该材料为负极，并将Na3V2（PO4）2F3纳米花锚定在所制备的三维碳片（NVPF@3Dc）材料上作为正极，组装了一种具有商业价值的全钠离子电池（SIB）。

图1.SbSn@NCNFs制备过程的示意图。

图2.SbSn@NCNFs复合材料的结构表征。（a）SbSn@NCNFs最终产物的XRD图谱。（b）初纺PAN/SnCl2/SbCl3纳米纤维的SEM图像。（c和d）SbSn@NCNFs最终产品的SEM图像。（e）单根SbSn@NCNFs纤维的SEM图像和SbSn@NCNFs的EDS光谱（e中的插图）。（f-i）单根SbSn@NCNFs纤维中C、N、Sn和Sb的元素映射。

图3.（a）单根SbSn@NCNFs纤维的TEM图像。（b-c）HAADF图像以及C、N、Sn和Sb的元素映射。（d）SbSn@NCNFs的EDS光谱。（e）显示SbSn纳米点的高分辨率TEM图像。（f-g）单个SbSn纳米点的高分辨率TEM图像以及C、Sn和Sb的相应EDS映射。（h）SbSn的晶体条纹。高功率透射晶格边缘放大图像。

图4.（a）C@NCNFs和SbSn@NCNFs的拉曼光谱。（b）当加热速率为10℃/min时，在空气环境中记录的SbSn@NCNFs的TGA曲线。（c）氮气吸附/解吸等温线。（d）SbSn@NCNFs的BJH孔径分布。（e）SbSn@NCNFs复合材料的XPS全谱，以及C1s（f）N1s（g）Sn3d（h）和Sb3d（i）的相应高分辨率光谱。

图5.（a）在最初的三个循环期间，SbSn@NCNFs电极在0.2mV/s扫描速率下的CV曲线。（b）SbSn@NCNFs电极在不同扫描速率下的CV曲线。（c）SbSn@NCNFs的logi与logv之间的拟合线。（d）在第1、2、10、50、100和200次循环期间SbSn@NCNFs电极的放电和充电曲线。SbSn@NCNFs、Sn@NCNFs、Sb@NCNFs和NCNFs电极的倍率性能。（f）循环性能。（g）SbSn@NCNFs电极在0.5A/g下的循环性能。（h）SbSn@NCNFs、Sn@NCNFs和Sb@NCNFs在3个循环前后的奈奎斯特阻抗图。（i）SbSn@NCNFs的实际阻抗与低频率之间的关系。

图6.（a和b）SbSn@NCNFs的GITT曲线。（c）由DNa+的放电/充电过程得出的GITT曲线。（d）单根SbSn@NCNFs纤维的TEM图像。（e-f）HAADF STEM图像以及C、N、Sn和Sb的元素映射和EDS光谱（e中的插图）。（g）高分辨率TEM图像显示了SbSn纳米点的晶体边缘。（h）相应的SAED图谱。（i）在0.1A/g下循环500次后SbSn@NCNFs的XRD图谱。

图7.（a）放电（半电池的NVOPF@3Dc电极，上部）和充电（半电池的SbSn@NCNFs复合物，下部）曲线。（b）充电（半电池的NVOPF@3Dc电极，上部）和放电（半电池的SbSn@NCNFs复合物，下部）曲线。（c）作为全电池负极材料的SbSn@NCNFs的充放电曲线。（d）作为全电池负极材料的SbSn@NCNFs在0.1A/g下的循环性能。