Energy Storage Mater.刊发山东大学慈立杰教授课题组钾离子电池研究进展

［本站讯］近日，材料学院慈立杰教授课题组在高性能钾离子电池负极材料研究方面取得重要进展，相关研究成果以“Hierarchically porous carbon supported Sn4P3as a superior anode material for potassium-ion batteries”为题发表在能源材料类重要刊物Energy Storage Materials（2019,https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.037，即时因子=13.31）上。文章第一作者为2016级博士研究生李德平，材料学院慈立杰教授和司鹏超副教授为共同通讯作者，山东大学为第一作者单位。

近年来，随着便携式电子设备、电动汽车和大规模能量存储系统的快速发展，对储能器件的能量密度和功率密度提出了更高的需求。目前，锂离子电池（LIB）的应用最为广泛，但是由于锂资源的地壳储量较低（~17ppm）且地理分布不均（~70%分布于南美洲），锂离子电池的成本逐年升高，从而限制了其在大规模用电设备中的应用。相比之下，同为碱金属元素的钾也具有与锂相似的电化学性质，而且其地壳丰度（~15000oon）也远高于锂。从而使钾离子电池（PIB）引起了研究者们的广泛关注。然而，目前大量报道的碳基负极材料的容量普遍不高，但循环稳定性较好，而非碳基材料（如合金型负极和相转变型负极）虽然具有较高的理论容量，但由于钾离子半径较大（1.38Å，锂离子半径0.76&Å），电极材料在储钾过程中会面临着严重的体积膨胀，往往表现出较差的倍率性能和较短的循环寿命。因此，构筑碳基-非碳基复合材料是一种制备高性能钾离子电池负极行之有效的策略。

在慈立杰教授和司鹏超副教授的指导下，李德平等人以柠檬酸亚锡二钠为前驱体，通过煅烧和溶解热法，得到了多级孔结构碳包覆的Sn4P3@C复合电极材料。该材料在作为钾离子电池负极材料时，表现出了优异的储钾性能：高可逆容量、优异的倍率性能和长循环稳定性。此外，研究人员还通过GITT（恒电流间歇滴定）和非原位XRD等手段对Sn4P3@C电极的储钾机理和优异的电化学性能进行了深入探究。该研究工作为大规模储能系统的开发和探究提供了可鉴之道，尤其对于碱金属离子电池（锂离子、钠离子、钾离子和锌离子等）高性能电极材料的研究有较大的参考价值和指导意义。

此外，在实现了锡基材料的磷化之后，鉴于二硫化锡在钠离子电池中的优异电化学性能，在慈立杰教授和司鹏超副教授的指导下，李德平等人同时在Sn@C复合材料的基础上尝试了SnS2@C复合材料的制备，研究发现球形锡颗粒在硫化过程会取向生长变为片状形貌，从而刺穿碳包覆壳层，导致电化学性能变差。基于此，研究人员设计了石墨烯表面限域策略，成功实现了SnS2颗粒的形貌调控和有效碳包覆，并在钠离子电池和钾离子电池中表现出了优异的电化学性能。相关研究成果发表于化学类顶级刊物ChemSusChem（2019, https://doi.org/10.1002/cssc.201900719，影响因子=7.411）。

近年来，依托于山东大学以及材料学院良好的研究平台，慈立杰教授所带领的山东大学-莱斯大学碳纳米材料研究中心在新型储能器件方面取得了一系列研究进展，先后在Adv. Energy Mater.、Energy Storage Mater.、ACS Nano、Nano Energy、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、Nano Research、ChemSusChem、Nanoscale等材料类国际知名期刊上发表多篇论文，受到国内外同行的广泛关注。

山东大学-莱斯大学碳纳米材料研究中心自成立以来得到了山东大学材料学院、科学技术研究院和国际事务部的持续支持。上述研究也得到了山东省自然基金、山东省泰山学者计划、山东省重点研发计划以及山东大学自主创新项目的支持。