具有界面效應(yīng)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)在改善電極材料的電化學(xué)動力學(xué)方面表現(xiàn)出巨大的潛力。然而，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到了復(fù)雜的合成參數(shù)和眾多單一成分的阻礙。

圖1 NSM復(fù)合材料的合成路線示意圖

北京理工大學(xué)陳人杰、黃永鑫等從一個(gè)新的角度提出了NiS/SnO₂/MOF(NSM)異質(zhì)復(fù)合材料作為鋰離子電池高性能電極的多模板合成策略，即利用多孔金屬有機(jī)框架材料（MOFs）來制備更多的異質(zhì)結(jié)構(gòu)和豐富的功能團(tuán)。MOFs的有機(jī)配體可以與NiS的Ni²⁺和SnO₂的Sn⁴⁺相互作用。

同時(shí)，MOFs中的三維通道可以通過協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)不同成分的電子定位，以及減輕鋰化/去鋰化過程中的體積變化。

此外，碳納米管（CNTs）被引入NSM樣品以提高NSM@CNTs復(fù)合材料的電子傳導(dǎo)性。

從實(shí)驗(yàn)到理論計(jì)算的系統(tǒng)研究表明，CNTs的加入促進(jìn)了電子傳導(dǎo)性的提高，NiS、SnO₂和MOFs之間異質(zhì)結(jié)的形成增強(qiáng)了電化學(xué)反應(yīng)活性，而MOFs的多孔性減輕了鋰化/脫鋰時(shí)的體積變化，從而獲得了良好的儲鋰性能。

圖2 動力學(xué)研究

受益于結(jié)構(gòu)和組成上的優(yōu)勢，新型的NSM電極實(shí)現(xiàn)了卓越的電化學(xué)性能，具有優(yōu)異的比容量、出色的倍率能力和超長的循環(huán)性。由于有機(jī)成分和金屬有機(jī)框架（MOFs）的多孔特性之間的兼容性，NSM電極與基于PEO的固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出更大的界面兼容性。

這項(xiàng)工作不僅描述了異質(zhì)結(jié)構(gòu)高性能電極材料的縝密協(xié)議，而且為加強(qiáng)固態(tài)電池界面之間的連接提供了新的見解。

圖3 循環(huán)和倍率性能

Co-MOF as Stress-Buffered Architecture: An Engineering for Improving the Performance of NiS/SnO2 Heterojunction in Lithium Storage. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300413