卢云峰AEM：一种基于封装在两亲性石墨烯管内的Sn4P3高性能钠离子负极

得益于丰富的钠储量和低廉的成本，钠离子电池（SIBs）有望成为一种重要的储能技术。由于缺乏具有高容量、合适的氧化还原电位和循环稳定性的负极材料，SIBs的商业化应用仍然受到严重阻碍。

近日，加州大学洛杉矶分校卢云峰教授，Li Shen，华东理工大学莫润伟特聘教授报道了开发了一种基于封装在两亲性多孔石墨烯管（GT）内Sn₄P₃复合负极。

文章要点

1）这种两亲性GT由内亲水的石墨烯管（掺氮）和外壁疏水的石墨烯管（未掺杂）组成，保证了Sn₄P₃纳米颗粒在GT内的有限生长和对纳米颗粒体积膨胀的有效调节。GT分散在含有锡前驱体的水溶液中，该前驱体允许溶液渗透到亲水管中。随后的水热处理将前驱体转化为SnO₂，从而形成了在管内生长的SnO₂纳米颗粒的GT复合材料。值得注意的是，SnO₂纳米粒子也可能在GT外部和溶液中生长，但通过清洗和过滤，这些纳米粒子可以很容易地去除，从而形成具有良好封装SnO₂纳米粒子的GT复合材料。最后，将被包裹的SnO₂经过磷化处理转化为Sn₄P₃，形成Sn₄P₃/GT复合材料，而Sn₄P₃被限制在GT中。

2）与现有技术相比，独特的两亲性允许在N掺杂的GT内单独形成Sn₄P₃颗粒，这不仅适应了它们在钠化和去钠过程中的体积变化，而且还将这些颗粒及其环状化合物保留在GT内。

3）导电GT以及纳米Sn₄P₃提供了更快的电子和离子传输速度，从而改善了Sn₄P₃/GT复合材料的电化学动力学、高倍率性能和长循环稳定性。因此，Sn₄P₃/GT复合材料钠离子负极具有高可逆容量（821mA h g⁻¹）、优异的倍率性能（20 A g⁻¹下的容量达到326 mA h g⁻¹）和出色的循环稳定性（500次循环后可逆容量保持率>90%）。

这一策略可以推广到其他转化和合金化类型的材料，这些材料在充放电过程中经历了巨大的体积变化。

参考文献

Xinyi Tan, et al, High Performance Sodium Ion Anodes Based on Sn₄P₃ Encapsulated within Amphiphilic Graphene Tubes, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202102345

https://doi.org/10.1002/aenm.202102345