刘治明/何燕/吴兴隆EnSM：四功能模板辅助策略构建高性能纤维电极

锑(Sb)是一种有吸引力的钠离子电池(SIBs)合金型负极材料，因为它具有高理论容量和非常合适的反应电位。然而，由于巨大的体积变化（~390%）以及钠化和脱钠过程中缓慢的动力学导致的快速容量衰减和差倍率性能，严重阻碍了其实际应用。单独的结构或基于组件的调控策略通常不能有效地解决所有问题。

青岛科技大学刘治明、何燕、东北师范大学吴兴隆等通过简单的模板辅助静电纺丝方法结合随后的热处理策略，制备了一种具有N、S共掺杂的一维Sb和碳复合纳米纤维 (Sb@N,S-CNFs)薄膜电极材料。

图1 Sb@N,S-CNFs自支撑纤维的形成过程示意图

Sb₂S₃纳米棒模板在这种多层复合纤维的形成过程中起到了四方面的作用。首先，热处理过程中Sb₂S₃分解产生的Sb挥发不仅促进了碳纳米纤维中纵向隧道的形成，而且导致了纵向隧道中Sb纳米棒和碳纤维基体中Sb纳米点的多形分布。

同时，碳基体中的S和N共掺杂极大地调节了碳纤维基体的微观结构，为钠离子提供了更多的活性存储位点和有效的传输通道。更重要的是，Sb@N,S-CNFs自支撑碳纤维薄膜避免了使用集流体、导电剂和粘结剂，大大提高了整个电池的能量密度。

图2 Sb@N,S-CNFs在SIBs中的电化学性能

实验显示，具有1小时退火的薄膜电极(Sb@N,S-CNFs-1h)提供了足够的纵向隧道以适应Sb在钠化和脱钠过程中的大体积变化、最佳的Sb含量和分布状态以促进实现高比容量，以及碳基体的合适微观结构以有助于优异的倍率性能。

因此，Sb@N,S-CNFs-1h在 0.2 A g^-1下200次循环后的平均比放电容量为318.3 mAh g^-1，在2 A g^-1下1000次循环后的容量保持率为85.1%。此外，Na₃V₂(PO₄)₂O₂F‖Sb@N,S-CNFs-1h全电池在1 C和10 C下分别表现出117 mAh g^-1和76 mAh g^-1的高可逆容量，并且在2 C下循环100次后的平均容量也达到95 mAh g^-1，显示出其在实际应用中的巨大潜力。

图3 Sb@N,S-CNFs-1h的Na+扩散动力学

Tetrafunctional Template-Assisted Strategy to Preciously Construct Co-Doped Sb@C Nanofiber with Longitudinal Tunnels for Ultralong-Life and High-Rate Sodium Storage. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.010