Nano Lett.：粉状纳米粒子自组装实现大容量、长寿命和超快充电的钠离子电池

同时具有大容量、快速充电能力和高循环稳定性的电池负极的制造具有挑战性，因为这些特性在本质上是互斥的。

在此，韩国庆尚大学Hyojun Ahn及高丽大学Jae-Chul Lee等人报道了使用 Na-Sn电池系统设计钠离子电池负极的策略，即不通过利用纳米材料和表面改性，而是在适当电解液中通过电池循环过程中促进Sn颗粒自发演变为3D网络纳米结构来设计性能优越的钠离子电池负极。

实验结果证实，该负极未经改性便表现出稳定的大容量（~480 mAh g^-1），甚至在12690 mA g^-1（相当于15 C）的倍率下超过1500次循环后容量保持率仍高达99.9％。

图1. 块状Sn到纳米晶粒的结构演变

本研究解决了四个基本问题：

（1）通过观察在钠化过程中大块Sn晶体中位错的产生和伴随的Na位错管扩散，阐明了重组过程块状Sn到纳米晶粒的结构演变；

(2)观察了纳米颗粒结构的破碎过程和脱钠过程中随后的聚结；

(3) 使用经典MD模拟和DFT计算相结合的技术，通过分析电解液在促进碎片化纳米粒子聚结中的作用，阐明了碎片化Sn 纳米颗粒自组装机制；

（4）实验证实，由纳米颗粒自组装而成的结构体系可以显著提高电池的倍率性能、容量和循环性能。该方法简单且可扩展到其他体系，为大量获得纳米结构负极材料提供了一条可靠的替代途径。

图2. 具有和不具有自组装能力的Sn负极电化学性能对比

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.：粉状纳米粒子自组装实现大容量、长寿命和超快充电的钠离子电池

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