In situ growth of Sn nanoparticles confined carbon-based TiO2/TiN composite with long-term cycling stability for sodium-ion batteries
In situ growth of Sn nanoparticles confined carbon-based TiO2/TiN composite with long-term cycling stability for sodium-ion batteries
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原位生长 Sn 纳米粒子限制碳基 TiO2/TiN 复合材料，具有钠离子电池的长期循环稳定性
DOI：
10.1016/j.electacta.2020.137450
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发表时间：
2020-11
影响因子：
6.6
通讯作者：
罗永松
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
张英歌;王阳博;孔德志;杨亚;王莹珲;郭燕;陆阳;Jang-Kyo Kim;罗永松
锡以其高理论容量、低成本和高电子电导率在钠离子电池（SIB）中引起了极大的关注。然而，阻碍SIB广泛实际应用的关键问题之一是由于Sn纳米粒子的巨大体积膨胀和聚集而导致重复充电/放电循环期间容量快速衰减。本文引入空间受限策略来合成 Sn/C@TiO2/TiN 复合材料来解决上述问题。碳微球和TiO2的双层空间限制层可以有效缓冲Sn纳米粒子的体积膨胀。此外，内部碳和外部TiN的双导电基体有利于增强电极电导率并加速Na + 和电子转移。此外，进一步采用第一性原理模拟来研究电极的电化学动力学（结构变形）。因此，Sn/C@TiO2/TiN电极表现出长循环寿命稳定性（在0.5 A/g下循环500次后仍保持201.2 mAh/g的容量）。这种空间限制策略可能会对设计具有长循环寿命和快速氧化还原动力学的 SIB 电极材料产生深远影响。
Sn has attracted tremendous attentions in sodium ion batteries (SIBs) for its high theoretical capacity, low cost and high electronic conductivity. However, one of the critical problems to hinder the widely practical application of SIBs is the fast capacity decay during repeated charge/discharge cycles owing to the vast volume expansion and aggregation of Sn nanoparticles. Herein, the spatially confined strategy is introduced to synthesize Sn/C@TiO2/TiN composite to address the above issues. The dual space-confined layers of carbonaceous microspheres and TiO2could effectively buffer the volume expansion of Sn nanoparticles. Moreover, the dual conductive matrix of the inner carbon and outer TiN are favorable to enhance the electrode conductivity and accelerate Na+and electrons transfer. In addition, the first-principles simulation is further employed to investigate the electrochemical dynamics (structural deformation) of the electrode. As a result, Sn/C@TiO2/TiN electrode exhibits a long cycle life stability (retains a capacity of 201.2 mAh/g after 500 cycles at 0.5 A/g). This spatially confined strategy might exert a profound impact on designing desirable electrode materials with long cycle life and fast redox kinetics in SIBs.
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