高性能、资源丰富和环境友好的钠离子电池技术是解决当前能源和环境危机、实现可持续发展的重要保障。由于其低成本和较高的理论储能容量，转化型材料被认为是新一代高性能钠离子电池的理想负极材料。 然而，转化型材料在充放电过程中巨大的体积膨胀会导致电极的化学-机械失效，并且随着充放电循环变得更严重，最终造成电池性能的严重劣化。 近日，上海大学赵玉峰教授/张久俊院士团队以典型的FeP为研究对象，通过碳量子点的引入，成功设计了一种全新的自组装结构，构建了FeP纳米点完全嵌入碳微片并通过C-P键和C-Fe键在界面处紧密结合实现了高性能的钠离子电池。所形成的FeP@CMS在0.05 A g−1下，具有778 mAh g−1的高比容量、高达20 A g−1的快速速率响应以及10000次循环的超长电池寿命方面，展现出卓越的电化学储钠性能。
同时，DFT 理论模拟计算和ATR- FTIR测试揭示了缓解FeP的体积膨胀的原理，应力自适应的外部碳基底通过C=C键的伸缩弛豫缓解了抑制FeP形变所产生的应力，从而抑制了在钠嵌入时FeP颗粒的晶体的不稳定性。最后，通过电镜分析，完全包埋和化学键合的结构可有效缓解纳离子嵌入时产生的应力，使循环过程中结构保持不破坏。 本工作利用碳量子点的空间限制，成功地制备平均尺寸为~2~5nm的FeP纳米点，且完全嵌入到致密的刚性碳基体中，其结构显示出显著增强的抗化学机械降解能力，即使在10000次循环后，形态也几乎没有变化。我们通过DFT计算和ATR-FTIR分析揭示了P-C键诱导的应力从FeP转移到相邻C=C键以及其应力自适应特性是循环时化学机械降解被抑制的基本原因。这项工作无疑对构建钠离子电池的抗化学机械衰减的合金型或转化型负极材料具有指导意义。 论文信息 A Stress Self-Adaptive Structure to Suppress the Chemo-mechanical Degradation for High Rate and Ultralong Cycle Life Sodium Ion Batteries Yiming Liu, Jing Wang, Qinhao Shi, Mouhui Yan, Shengyu Zhao, Wuliang Feng, Ruijuan Qi, Jiaqiang Xu, Jiayan Luo, Jiujun Zhang, Yufeng Zhao 上海大学博士生刘一鸣、燕山大学王静教授为本文共同第一作者，上海大学赵玉峰教授为本文通讯作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202303875
