近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其團(tuán)隊通過一種分子嫁接策略成功制備出具有高活性材料占比（>95 wt%）的鈉電負(fù)極材料（SnP2O7@N-C），該復(fù)合材料在超低碳含量（<5 wt%）的情況下表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鈉性能。相關(guān)研究成果Molecular Grafting towards High-Fraction Active Nanodots Implanted in N-doped Carbon for Sodium Dual-Ion Batteries在線發(fā)表于著名綜合性期刊National Science Reviews上（DOI: 10.1093/nsr/nwaa178，IF: 16.693）。 

由于鋰資源儲量有限且分布不均性，使得鋰離子電池難以滿足規(guī)?；瘍δ苄枨?。鈉基雙離子電池具有資源豐富、環(huán)境友好、低成本等優(yōu)勢，在規(guī)模化儲能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，由于缺乏合適的負(fù)極材料，鈉基雙離子電池的倍率及循環(huán)性能仍然不夠理想。為了提升負(fù)極材料的儲鈉性能，通常的策略是將活性材料納米化并與碳材料進(jìn)行復(fù)合設(shè)計。雖然這種策略能提升負(fù)極的導(dǎo)電性和緩解膨脹問題，但過量的碳材料（>15 wt%）將導(dǎo)致活性材料占比下降，從而限制了電池的整體能量密度。因此，在改善負(fù)極導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的同時，最大限度提高活性材料的占比，對提升負(fù)極材料整體性能具有重要意義。

鑒于此，唐永炳研究員及其團(tuán)隊成員劉齊榮博士、木賽男等人提出了一種分子嫁接策略，一步法原位合成了具有高活性材料占比的氮摻雜碳基復(fù)合材料（SnP2O7@N-C）。該策略實現(xiàn)了高比例活性材料均勻地嵌入低含量碳骨架結(jié)構(gòu)，有效防止了活性材料的膨脹剝落。此外，原位氮摻雜有效解決了碳含量較低時倍率及穩(wěn)定性不足的問題。該復(fù)合材料與石墨正極組裝成的鈉基雙離子電池表現(xiàn)出優(yōu)異的快充/慢放特性（2分鐘充/20分鐘放），以及長循環(huán)性能（1000次循環(huán)后容量保持率為~96%）。該工作對發(fā)展鈉、鉀等新型儲能器件的高效負(fù)極材料具有重要借鑒意義。

該研究工作得到了國家自然基金、廣東省重點專項、深圳市等科技項目資助。

論文鏈接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa178/5896968

圖 (a) 高活性材料占比的SnP2O7@N-C復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖，(b-c) 復(fù)合材料的TEM表征。復(fù)合材料的XRD譜 (d)，Raman譜 (e)，以及TGA表明C的占比僅為4.4 wt% (f)。復(fù)合材料與石墨正極構(gòu)建的鈉基雙離子電池的快充/慢放性能 (g)，以及長循環(huán)性能 (h)。