Small Methods: 一维钼酸锑结构演化及储钠性能研究

锑(Sb)是一种非常稳定的第五主族元素,由于其具有高的比容量,适中的工作电压和资源丰富等特性,被认为是钠离子电池最具前景的负极材料之一。然而,由于Sb有较低的电导率,在循环期间的有大体积变化,其作为钠电负极的应用受到阻碍。为了减轻这种负面障碍,通常采用将Sb的粒径减小到纳米尺度,或将锑纳米颗粒与其他导电载体材料(如:碳基材料、导电聚合物、金属有机框架材料和极性无机金属复合物等))结合在一起的复合式技术路线。在保持材料本身性能的同时,开发出合理有效的、可提升其性能的复合策略显得至关重要。

受双金属氧化物中不同金属之间的协同作用、导电载体的双亲性和选择性等相关特点的启发,中南大学的纪效波教授课题组最近通过液相置换和原位包覆相结合的方法首次开发了一维Sb2MoO6@PANI纳米棒材料,并对该材料的制备和储钠过程结构演变进行了跟踪系统研究,同时对该类材料的储钠性能提升机理进行了深入的研讨。

将该新型一维棒状结构复合材料应用于钠电负极材料时,其循环稳定性和倍率性能较包覆之前均得到了显著的提升,在0.01-2.5V电压区间,50 mA/g电流密度下,循环100圈后Sb2MoO6@PANI电极材料仍然保持着370.2 mAh g−1可逆比容量。作者结合该材料在储钠过程中的结构演变和电化学表现,系统地研究探讨了聚苯胺包覆可提升材料各项性能的相关机理。研究表明,聚苯胺界面层的引入不仅可以抑制Sb2MoO6纳米颗粒在中过度析出与长大,而且有助于导电网络的构建。这种有效的界面层最终可以大幅提高钠离子嵌入和脱出过程中电荷转移速率和导电性,允许电解质在通道中进行较好的分散。

相关论文近期发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201800533)上。