高性能钠离子电池——原位3D自建FeS@Fe3C@石墨碳

虽然锂离子电池被广泛应用于各行各业，但是锂资源的缺少对其发展是极大的限制，所以研究工作者着眼于占据资源优势的钠离子电池。但是，由于钠离子的半径相对于锂离子大，所以钠离子电池的可逆性相对较差，反应动力学相对较慢和循环性能差。

图1 FeS@Fe3C@GC合成过程简明示意图

在探寻钠离子电极材料的进程上，金属硫化物占据比容量高、价格低和无毒性等优势。但是金属硫化物存在本质上导电性差和循环过程中体积膨胀变化大等问题。为解决这一问题，研究工作者将金属硫化物与碳材料复合，在一定程度上取得了效果。

图2 FOx/C-10、FOx/C-15和FOx/C-20的表征， a) XRD b) 拉曼光谱 FOx/C-15的表征，c) SEM d,e) TEM f) STEM

近期，江苏师范大学王超课题组和澳大利亚伍伦贡大学郭再萍老师课题组，以纳米Fe2O3颗粒为前驱体通过化学气相沉积的方法制备出适用于钠离子电池负极材料的FeS@Fe3C@石墨碳（FeS@Fe3C@GC）。材料表现超高的比容量和循环稳定性。

图3 a) FeS、FS/C-10、FS/C-15和FS/C-20的XRD FS/C-15的表征，b,c) SEM d) TEM e) STEM f) EDS g-i) XPS

图4 a) FS/C-15的CV曲线 b) 循环寿命 c) 倍率 d) FS/C-15不同电流密度下的循环寿命 e) 阻抗 f) FS/C-15循环不同次数的阻抗

作者根据化学沉积时间的不同将制备的FeS@Fe3C@GC材料分别命名为FS/C-10、FS/C-15和FS/C-20，后又将材料和纯净的FeS颗粒的电化学性能做比较。纯净的FeS电极材料在首次放电比容量为906.4mAh/g，但循环40次后容量衰减为334.5mAh/g。FS/C-10的首次放电比容量高达1202mAh/g，循环100次后可逆比容量仍有382.5mAh/g。这证明C包覆的结构可以提高材料的导电能力和活性物质利用率。FS/C-15的首次放电比容量提高到1207.2mAh/g，循环100次后可逆比容量升高到575.7mAh/g；在1、2和5A/g条件下的放电比容量分别为451、347和292mAh/g，当电流密度回升至0.1A/g，比容量也回升至585mAh/g；在0.2A/g的电流密度下，循环200次后材料的容量保持仍为482.2mAh/g。证明均一的材料结构提高FeS的电化学活性和比容量。FS/C-20表现出最好的稳定性。

材料具有如此好的电化学性能，作者通过各种对材料的分析给出的解释为，材料独特的3D网状结构很好的缓解了充放电过程中体积变化的问题，同时内部相互链接的碳网结构为电荷的转移提供通道，从而提高材料的比容量和稳定性。

参考文献

Qinghong Wang, Wenchao Zhang, Can Guo, Yajie Liu, Chao Wang, Zaiping Guo, In Situ Construction of 3D Interconnected FeS@Fe3C@Graphitic Carbon Networks for High-Performance Sodium-Ion Batteries, Adv. Funct. Mater. 2017, 1703390

欢迎读者踊跃投稿！请加能源学人官方微信ultrapower7

声明：

1.本文主要参考以上所列文献，文字、图片和视频仅用于对文献作者工作的介绍、评论，不得作为任何商业用途。

2.本文版权归能源学人工作室所有，欢迎转载，但不得删除文章中一切内容！

3.因学识所限，难免有所错误和疏漏，恳请批评指正。

科研智能服务专家——南屋实验室