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硫化銻（Sb₂S₃）是一種很有前途的電極材料。然而，其較差的電子/離子導電性嚴重阻礙了其實際應用。

在此，燕山大學黃建宇教授、張利強研究員、唐永福教授及桂林電器科學研究院朱凌云教授等人通過水熱處理方法制備了碳包覆的Sb₂S₃納米棒（Sb₂S₃@C）以解決上述問題。進一步，作者在由InLi負極和Li₁₀Si_0.3PS_6.7C_l1.8固態電解質（SSE）組成的全固態鋰電池（ASSLBs）中評估了Sb₂S₃和Sb₂S₃@C的電化學性能。其中，Sb₂S₃@C正極在0.1 A g^-1時的首圈循環放電容量為711 mAh g^-1（CE為84%），穩定循環容量為431 mAh g^-1，遠高于無涂層Sb₂S₃正極（首圈循環放電容量為125 mAh g^-1，穩定循環容量為320 mAh g^-1）。

此外，Sb₂S₃@C的倍率性能和循環穩定性也優于Sb₂S₃電極，證明了無定形碳涂層的優勢。在完全活化后，沒有碳保護層的純Sb₂S₃電極在充放電過程中會發生嚴重的體積變化，這可能導致 Sb₂S₃納米棒斷裂和粉化。

圖1. 純Sb₂S₃和Sb₂S₃@C電極的電化學性能

為了闡明Sb₂S₃納米棒的潛在反應機制及碳涂層在鋰化-脫鋰過程中的作用，作者在TEM內部構建了一個固態納米電池（由Sb₂S₃@C納米棒工作電極、自然生長的Li₂O SSE和Li金屬對電極組成）用于原位電化學測試。結果顯示，碳涂層充當電子/離子導電導管，可顯著促進電極中的電荷轉移。

因此，Sb₂S₃@C電化學迅速從插層轉變為完全合金化。然而，沒有碳涂層的Sb₂S₃納米棒的嵌入和轉化反應緩慢且合金化反應幾乎受阻，從而嚴重限制了容量。這些關于Sb₂S₃納米結構中鋰化或脫鋰過程中的相變路徑和轉化動力學的研究結果為了解鋰離子在電極材料中的擴散機制提供了重要的見解，這可能指導在ASSLBs中設計具有增強電化學性能的新型金屬硫化物電極。

圖2. Sb₂S₃@C納米棒在鋰化-脫鋰循環過程中的形態演變

Boosting the Rate Performance and Capacity of Sb₂S₃ Nanorods Cathode by Carbon Coating in All-Solid-State Lithium Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204231

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?黃建宇/朱凌云等AFM: 碳涂層全面提高全固態鋰電池中Sb2S3正極性能

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