DOI: 10.1021/acsami.1c07152

高能钠离子电池作为下一代储能技术在实际应用中具有很强的前瞻性。然而，该技术因无法大规模生产电池材料而严重受阻。在此，使用球磨和静电纺丝技术制备了一种由封装在碳纤维中的SnS-Sn/多壁碳纳米管（SnS-Sn/MCNTs@CFs）组装而成的自支撑薄膜，并将其用作钠离子电池负极。为了弥补SnS-Sn纳米粒子内部导电性差的问题，使用MCNTs来交织SnS-Sn纳米粒子以提高导电性。此外，所设计的三维碳纤维导电网络能够有效缩短电子/Na+的扩散路径，加速反应动力学，并为钠吸收提供丰富的活性位点。受益于这些独特的性能，自支撑薄膜在0.1 A g-1时具有568 mA h g-1的高可逆容量,在1 A g-1时显示出出色的循环稳定性，1000次循环后的可逆容量为359.3 mA h g-1。在钠离子全电池器件中，于100 mA g-1的电流密度下循环100次后，其容量稳定在283.7 mA h g-1。这项工作为电极设计提供了一种新的策略，促进了钠离子电池的大规模应用。

图1.制备SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的实验过程示意图。

图2.SnS-Sn/MCNTs的表征结果：（a）SEM，（b）TEM和（c）高分辨率TEM；（d）SnS-Sn/MCNTs的相应EDS图；（e）图（a）中SnS-Sn粒度分布的统计图；（f）SnS-Sn/MCNTs的示意图。

图3.SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的形态和纳米结构表征。SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的SEM（a，b）和TEM（c）图像；（d）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的相应SAED图谱；（e）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的模拟图；（f）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的相应EDS映射图像；（g）纤维断裂面的SEM图像；（h,i）碳化前后薄膜的光学图像；（j）高柔性SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜弯曲的照片。

图4.（a）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的EDX光谱；（b）在空气中以10℃/min的温度斜坡测试TG曲线；（c）SnS-Sn/MCNTs@CF薄膜的XRD图谱；（d）SnS-Sn、SnS-Sn/MCNTs和SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的拉曼光谱；（e）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的键合示意图；（f）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的Sn3d光谱、（g）S2p光谱和（h）C1s光谱。

图5.（a,b）由SnS-Sn/MCNTs和SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜制成的电极在3.00-0.01V下的CV曲线，扫描速率为0.1mV/s；（c）不同弯曲程度的SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜在0.1A/g下的恒流充放电曲线；（d）SnS-Sn、SnS-Sn/MCNTs和SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜在0.1A/g下循环100次的循环性能；（e）SnS-Sn/MCNTs@CF薄膜的库仑效率图；（f）CFs、Sn@CFs、SnS@CFs、SnS-Sn@CFs和SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜在0.5A/g下循环50次的循环性能；（g）SnS-Sn、SnS-Sn/MCNTs和SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的电化学阻抗图。（h）在各种电流密度下测定的额定容量。

图6.（a）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜在1A/g下循环1000次的长期循环性能；（b,c）循环前和200次循环后SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜电极的SEM图像；（d）SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜的钠离子和电子转移机制示意图。

图7.（a）当前工作与先前研究中SIBs的长期循环次数比较，（b）不同电流密度下的性能比较；（c）组装钮扣全电池并将其用于LED照明；（d）Na3V2（PO4）3（正极）与SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜（负极）全电池在100mA/g下进行100次循环试验；（e）Na3V2（PO4）3（正极）与SnS-Sn/MCNTs@CFs薄膜（负极）全电池的充放电曲线；（f）当前工作的长期循环次数与以往SIB全电池性能结果的比较。