哈工大（深圳）/威斯康辛大學Nano Energy:層狀SnSe0.5S0.5作為高性能鋰/鈉離子電池負極材料
【引言】
能量的儲存與轉換在人們日常生活中的作用日漸顯著，可充電鋰離子電池和鈉離子電池不斷進入人們的視野。鋰離子電池由于其高比能量密度被大范圍應用于各種電子產品及新能源汽車等領域，而鈉離子電池也由于其低成本，環境友好等特點可以大范圍應用在智能電網領域。相比正極材料，負極材料表現出較高的比容量，在電池中的地位至關重要。在諸多負極材料中，石墨被廣泛應用于鋰離子電池負極，其比容量為372 mA h g-1, 然而由于其小的層間距，在鈉離子電池中并不能表現出優異的電化學性能。因此，開發新的能夠同時應用在鋰/鈉離子電池上的負極材料是當前一個重要的研究熱點。
【成果簡介】
近日，哈爾濱工業大學（深圳）的武俊偉教授及威斯康星大學Milwaukee分校的Prof. Deyang Qu (共同通訊作者)在納米能源領域頂級期刊Nano Energy上發表最新研究成果“Ternary Tin Selenium Sulfide (SnSe0.5S0.5) Nano Alloy as the High-Performance Anodes for Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries”，該成果第一作者為唐啟明同學，目前在哈爾濱工業大學（深圳）材料科學與工程學院碩士培養。在該文中，研究者通過多元醇法，將硫族中的S，Se兩種元素與Sn完美結合，合成出具有典型層狀結構SnSe0.5S0.5納米合金，并利用水熱反應制備出SnSe0.5S0.5/C復合材料。該材料作為鋰/鈉離子電池的負極表現出高的比容量及優異的循環性能（鋰電在0.5 A/g 下，循環1000圈保持625 mA h g-1；鈉電在0.2 A/g下，循環100圈保持430 mA h g-1）。本文的材料設計理念為以后合成其它金屬硫化物或金屬硒化物具有積極的指導意義。
【圖文導讀】
圖1. 層狀SnSe0.5S0.5納米合金及其碳復合材料制備示意圖。
圖2. a. 制備的SnSe0.5S0.5/C 復合材料的XRD 圖，b. SnSe0.5S0.5晶體結構示意圖，c, d. XPS 表征圖譜。
圖3. a, b. SnSe0.5S0.5/C 復合材料SEM圖，c-h. TEM 圖，i. Sn, Se, S, C各元素的 mapping 圖及對應的TEM圖。
圖4. SnSe0.5S0.5/C 電極在鋰離子電池中的電化學性能；a. CV曲線圖，b. 在電流密度為0.2 A/g下的循環性能圖，c,d.倍率性能圖，e. 長循環性能圖。
圖5. SnSe0.5S0.5/C 電極在鈉離子電池中的電化學性能；a. CV曲線圖，b. 在電流密度為0.2 A/g下的首兩圈的充放電曲線圖，c,d.倍率性能圖，e. 電流密度為0.2 A/g的循環性能圖。
圖6. 贗電容對鋰離子電極電化學反應過程的貢獻，a. 不同掃面速度下的CV曲線圖，b. 掃描速度與峰值電流的關系曲線，c. 在掃描速度為0.8mV/s時，電容的貢獻為78.9%，d. 贗電容貢獻與掃描速度的關系圖。
【小結】
在這項工作中，研究者首次以多元醇法制備出三元錫基硫族化合物（SnSe0.5S0.5）,進而運用簡單的水熱法合成SnSe0.5S0.5/C復合材料并作為負極應用于高性能鋰離子電池和鈉離子電池中。該材料典型的層狀結構有利于電化學過程中離子的擴散，碳材料所構成的導電網絡也加快了電子的傳輸過程，并對合金負極在電化學過程中產生的體積變化有著緩沖作用，同時贗電容的存在也在一定程度上提高了電極的電化學反應的動力學過程，因此實現了鋰/鈉離子電池的高比電容量以及優異循環性能。此新型三元負極材料在未來儲能器件中具有廣闊的應用前景。
參考文獻：Ternary Tin Selenium Sulfide (SnSe0.5S0.5) Nano Alloy as the High-Performance Anodes for Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries（Nano Energy, 2017， DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.09.052）
本文由哈工大深圳唐啟明投稿，材料人新能源組背逆時光整理編輯。
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