Sn/SnOx与MXene纳米片协同作用助力高性能锂离子电池

【研究背景】
       为了满足持续增长的能源储存需要，人们对具有高能量和功率密度、低成本以及环境友好型的新材料具有很高的研究热情。在众多的替代材料中，金属锡及锡基材料是最具潜力的锂电负极材料之一，其理论容量达到944 mAh g-1。然而，锡材料的缺陷也很明显，比如超过300%的强烈的体积膨胀，结块，嵌锂脱锂过程中较差的导电性，伴随着极化、粉末化以及电极材料的迅速塌陷等问题，进而会产生大幅度的容量衰减。为了提升锡基材料的性能有许多可借鉴的策略，如制备锡颗粒的纳米晶体，与其他过渡金属合金化以及制备锡/碳复合物。其中，锡基材料与碳材料复合因为可以限制体积变化以及改善的导电性是比较切实可行的选择。

   【成果简介】
最近，中南大学郑俊超教授课题组在国际著名学术期刊Nano Energy 上发表论文，题目为Synthesis of sandwich-like structured Sn/SnOx @MXene composite through in-situ growth for highly reversible lithium storage。报道了一种通过简易的静电吸引与液相还原的方式在二维MXene (Ti3C2Tx)层间原位生长Sn/SnOx纳米颗粒的复合物，物理表征表明Sn/SnOx纳米颗粒均匀地分布在MXene层间，形成一种三明治结构。MXene的多层结构有效地限制了Sn/SnOx颗粒的体积膨胀与结块，加速了锂离子和电子的转移。与此同时还有效限制了在锂离子嵌入脱出过程中纳米片的重新堆积，在200次充放电循环后具有594.2mAh g-1的可逆容量。二者的协同效应使复合物具有杰出的电化学性能。

【图文导读】

图1. Sn/SnO_x@Ti₃C₂合成路线以及原位还原生长机制

图2. Sn/SnO_x, Ti₃C₂, Sn/SnO_x@Ti₃C₂的XRD和拉曼图谱。

图3. Sn/SnO_x ,Ti₃C₂, Sn/SnO_x@Ti₃C₂的SEM图像；Sn/SnO_x@Ti₃C₂的元素分布；Sn/SnO_x@Ti₃C₂的TEM, HRTEM 和傅里叶变换后的图像。

反应方程式：
SnO2 +4Li++4e- → Sn +2Li2O
SnO+2Li ++2e-→ Sn +Li2O
Sn+ xLi++xe-↔ LixSn
Ti3C2+xLi++xe- ↔ LixTi3C2