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Nano Lett.：粉狀納米粒子自組裝實現(xiàn)大容量、長壽命和超快充電的鈉離子電池

同時具有大容量、快速充電能力和高循環(huán)穩(wěn)定性的電池負極的制造具有挑戰(zhàn)性，因為這些特性在本質上是互斥的。

在此，韓國慶尚大學Hyojun Ahn及高麗大學Jae-Chul Lee等人報道了使用 Na-Sn電池系統(tǒng)設計鈉離子電池負極的策略，即不通過利用納米材料和表面改性，而是在適當電解液中通過電池循環(huán)過程中促進Sn顆粒自發(fā)演變?yōu)?D網絡納米結構來設計性能優(yōu)越的鈉離子電池負極。

實驗結果證實，該負極未經改性便表現(xiàn)出穩(wěn)定的大容量（~480 mAh g^-1），甚至在12690 mA g^-1（相當于15 C）的倍率下超過1500次循環(huán)后容量保持率仍高達99.9％。

圖1. 塊狀Sn到納米晶粒的結構演變

本研究解決了四個基本問題：

（1）通過觀察在鈉化過程中大塊Sn晶體中位錯的產生和伴隨的Na位錯管擴散，闡明了重組過程塊狀Sn到納米晶粒的結構演變；

(2)觀察了納米顆粒結構的破碎過程和脫鈉過程中隨后的聚結；

(3) 使用經典MD模擬和DFT計算相結合的技術，通過分析電解液在促進碎片化納米粒子聚結中的作用，闡明了碎片化Sn 納米顆粒自組裝機制；

（4）實驗證實，由納米顆粒自組裝而成的結構體系可以顯著提高電池的倍率性能、容量和循環(huán)性能。該方法簡單且可擴展到其他體系，為大量獲得納米結構負極材料提供了一條可靠的替代途徑。

圖2. 具有和不具有自組裝能力的Sn負極電化學性能對比

Self-Assembly of Pulverized Nanoparticles: An Approach to Realize Large-Capacity, Long-Lasting, and Ultra-Fast-Chargeable Na-Ion Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02518

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Nano Lett.：粉狀納米粒子自組裝實現(xiàn)大容量、長壽命和超快充電的鈉離子電池

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