銻(Sb)是一種有吸引力的鈉離子電池(SIBs)合金型負(fù)極材料，因?yàn)樗哂懈呃碚撊萘亢头浅：线m的反應(yīng)電位。然而，由于巨大的體積變化（~390%）以及鈉化和脫鈉過程中緩慢的動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致的快速容量衰減和差倍率性能，嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。單獨(dú)的結(jié)構(gòu)或基于組件的調(diào)控策略通常不能有效地解決所有問題。

青島科技大學(xué)劉治明、何燕、東北師范大學(xué)吳興隆等通過簡單的模板輔助靜電紡絲方法結(jié)合隨后的熱處理策略，制備了一種具有N、S共摻雜的一維Sb和碳復(fù)合納米纖維 (Sb@N,S-CNFs)薄膜電極材料。

圖1 Sb@N,S-CNFs自支撐纖維的形成過程示意圖

Sb₂S₃納米棒模板在這種多層復(fù)合纖維的形成過程中起到了四方面的作用。首先，熱處理過程中Sb₂S₃分解產(chǎn)生的Sb揮發(fā)不僅促進(jìn)了碳納米纖維中縱向隧道的形成，而且導(dǎo)致了縱向隧道中Sb納米棒和碳纖維基體中Sb納米點(diǎn)的多形分布。

同時(shí)，碳基體中的S和N共摻雜極大地調(diào)節(jié)了碳纖維基體的微觀結(jié)構(gòu)，為鈉離子提供了更多的活性存儲位點(diǎn)和有效的傳輸通道。更重要的是，Sb@N,S-CNFs自支撐碳纖維薄膜避免了使用集流體、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，大大提高了整個(gè)電池的能量密度。

圖2 Sb@N,S-CNFs在SIBs中的電化學(xué)性能

實(shí)驗(yàn)顯示，具有1小時(shí)退火的薄膜電極(Sb@N,S-CNFs-1h)提供了足夠的縱向隧道以適應(yīng)Sb在鈉化和脫鈉過程中的大體積變化、最佳的Sb含量和分布狀態(tài)以促進(jìn)實(shí)現(xiàn)高比容量，以及碳基體的合適微觀結(jié)構(gòu)以有助于優(yōu)異的倍率性能。

因此，Sb@N,S-CNFs-1h在 0.2 A g^-1下200次循環(huán)后的平均比放電容量為318.3 mAh g^-1，在2 A g^-1下1000次循環(huán)后的容量保持率為85.1%。此外，Na₃V₂(PO₄)₂O₂F‖Sb@N,S-CNFs-1h全電池在1 C和10 C下分別表現(xiàn)出117 mAh g^-1和76 mAh g^-1的高可逆容量，并且在2 C下循環(huán)100次后的平均容量也達(dá)到95 mAh g^-1，顯示出其在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。

圖3 Sb@N,S-CNFs-1h的Na+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)

Tetrafunctional Template-Assisted Strategy to Preciously Construct Co-Doped Sb@C Nanofiber with Longitudinal Tunnels for Ultralong-Life and High-Rate Sodium Storage. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.010