【论文链接】
https://doi.org/10.1002/adfm.202415092
【作者单位】
东南大学
【论文摘要】
合金阳极以其丰富的资源和较高的理论容量性能在钠离子电池中备受关注。然而，严重的体积膨胀可能导致容量迅速衰减和电极粉碎。本工作合理选择结构稳定性较好的金属铋作为骨架，形成二维铋合金，以缓解体积膨胀。有趣的是，结合原位XRD和非原位TEM表征，揭示了Bi0.4Sb0.6阳极中BiSb↔Na（Bi, Sb）↔Na3（Bi, Sb）的可逆多步合金储钠机制，并揭示了BiSb合金的部分非晶化和层间间距的扩大，从而极大地缓解了体积膨胀，从而增强了电化学稳定性。此外，密度功能理论和动力学计算表明，Bi0.4Sb0.6具有较低的Na+吸附能和Na+扩散能垒，保证了钠储存过程中电子和离子的快速传递。得益于二元合金的协同效应，Bi0.4Sb0.6在0.1 a g−1下具有较高的可逆容量和446 mAh g−1的循环稳定性，在0.5 A g−1下循环1100次后具有70%的高容量。
这项研究为开发先进的精密合金型sib阳极材料提供了新的见解和机会。
【实验方法】
材料制备：
先将200 mL乙醇与200 mL盐酸混合搅拌30 min，然后在混合溶液中溶解6 mmol BiCl3和9 mmol SbCl3。然后将23 mmol铁粉与上述溶液混合，静置12 h至反应完全。
不同配比BixSby合金的制备：采用相同的方法制备不同配比的BixSby合金改变BiCl3和SbCl3的添加比例。在制备过程中，存在以下主要反应，随后，真空过滤得到含杂质Bi0.4Sb0.6合金，用无水乙醇和反渗透水依次洗涤。最后，冷冻干燥12 h后得到Bi0.4Sb0.6合金。在制备过程中。
【图文摘取】
【结论】
为了缓解钠插层/脱插层过。综上所述，合理选择稳定性较好的金属Bi作为骨架，形成具有不同Bi/Sb原子比的二维BiSb合金纳米片，以缓解体积膨胀。
（1）在0.1 A g−1下循环100次后，Bi0.4Sb0.6的容量保持率为85%，保持了377 mAh g−1的高可逆容量；在0.5 A g−1下循环1100次后，容量保持率为70%，循环寿命延长，容量衰减最小（每循环0.027%）。
（2）通过SEM、TEM、XRD、Raman、XPS等分析手段证实了BiSb合金纳米片的形成和结构演变；原位XRD和非原位TEM研究证实了BiSb→Na（Bi, Sb）→Na3（Bi, Sb）→BiSb的反应机理，阐明了循环过程中的转变，揭示了部分非晶化和层间间距的扩大减轻了体积膨胀，从而提高了电化学稳定性。
（3）二元合金与稳定的二维纳米片结构的协同作用，使电极在保持高可逆容量的同时，有效地减轻了负压体积膨胀。
（4）此外，DFT计算进一步支持了这些发现，表明Bi0.4Sb0.6具有更高的钠离子吸附能和更低的扩散势垒，从而提高了电化学过程中电子和离子的导电性能。
这项研究为开发二元合金基阳极建立了一个有前途的设计策略，为先进电池应用的设计和机制提供了见解。
文章来源：钠时代
《钠离子电池技术发展与产业前景研究报告》
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