Sn基材料由于高的理論比容量，高的鋰合金、鈉合金相(Li4.25Sn:959.5 mAh/g； Na3.75Sn:846.6 mAh/g)被認(rèn)為是極具潛力的高容量鋰離子電池(LIBs)和鈉離子電池(NIBs)負(fù)極材料。但此類材料目前最大的問題就是充放電過程體積變化大導(dǎo)致電極材料粉化破碎，電池容量快速衰減和差的循環(huán)性能。
Te，硫族元素，與Li和Na形成Li2Te和Na2Te合金。與其他硫族元素(S，Se)相比，質(zhì)量比容量較小，但體積比容量較大(2621 mAh/cm^3)。SnTe的密度為6.445 g/cm^3，高于部分Sn基材料，因此擁有較高的體積容量。鑒于此，韓國金烏國立工科大學(xué)Cheol-Min Park首次通過固態(tài)球磨工藝合成出用于高性能鋰鈉負(fù)極材料的立方結(jié)構(gòu)SnTe，此成果發(fā)表在國際知名期刊ACS Nano上。
圖1 SnTe電極在鋰離子電池的電化學(xué)表征和相變機(jī)理
(a)SnTe電極的差分容量圖；(b)SnTe電極的CV圖；(c)SnTe電極在首次脫嵌鋰過程的非原位XRD圖；(d)SnTe電極在首次脫嵌鋰過程的EXAFS圖；(e)SnTe電極在脫嵌鋰過程的機(jī)理圖。
圖2 SnTe電極在鈉離子電池的電化學(xué)表征和相變機(jī)理
(a)SnTe電極的差分容量圖；(b)SnTe電極的CV圖；(c)SnTe電極在首次脫嵌鈉過程的非原位XRD圖；(d)SnTe電極在首次脫嵌鈉過程的EXAFS圖；(e)SnTe電極在脫嵌鈉過程的機(jī)理圖。
在鋰離子電池中，基于非原位分析，SnTe電極經(jīng)歷了轉(zhuǎn)化和合金化反應(yīng)轉(zhuǎn)換為Li2Te和Li2Te相，然后重新組合成原始的SnTe相。SnTe電極在嵌鋰/脫鋰期間的相變機(jī)理總結(jié)以下化學(xué)式：
嵌鋰過程: SnTe→Sn + Li2Te→Li4.25Sn + Li2Te
脫鋰過程: Li4.25Sn + Li2Te→Sn + Li2Te→SnTe
在鈉離子電池中，基于非原位分析，SnTe電極在嵌鈉/脫鋰期間的相變機(jī)理總結(jié)以下化學(xué)式：
嵌鈉過程：SnTe→NaxSnTe(X≤1.5)→a—Sn + Na2Te→Na3.75Sn + Na2Te
脫鈉過程：Na3.75Sn + Na2Te→ a—Sn + Na2Te→NaxSnTe(X≤1.5)→SnTe
圖3 SnTe/C電極在鋰離子電池和鈉離子電池中的電化學(xué)性能
(a)SnTe電極，SnTe/C電極和石墨在鋰離子電池中的質(zhì)量容量循環(huán)性能圖；(b)SnTe/C電極和石墨在鋰離子電池中的體積容量循環(huán)性能圖；(c)SnTe/C電極和石墨在鋰離子電池中的倍率性能圖；(d)SnTe電極，SnTe/C電極和硬碳在鈉離子電池中的質(zhì)量容量循環(huán)性能圖；(e)SnTe/C電極和硬碳在鈉離子電池中的體積容量循環(huán)性能圖；(f)SnTe/C電極和硬碳在鈉離子電池中的倍率性能圖。
SnTe/C復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。在鋰離子電池脫嵌鋰過程中，SnTe/C電極表現(xiàn)出高的鋰嵌脫容量654/800 mAh/g，庫倫效率為81.8%；循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異，在100次循環(huán)后，容量保持率為99%；優(yōu)越的倍率性能，在電流密度3C下，容量仍維持在1048 mAh/cm^3。SnTe/C復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極，同樣表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能。
SnTe/C電極表現(xiàn)出高的鈉脫嵌容量339/541 mAh/g，庫倫效率為62.7%；優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性，在100次循環(huán)后，容量保持率為99.1%；倍率性能優(yōu)越，在電流密度3C下，容量仍維持在430 mAh/cm^3。
材料制備過程：
Sn，Te粉末和不銹鋼球置于充滿氬氣80ml硬化鋼瓶，球磨6h。其中，粉末和球的質(zhì)量比為1:20。SnTe與炭黑經(jīng)過相同的固態(tài)球磨工藝，得到SnTe/C復(fù)合材料，其中SnTe與炭黑的最優(yōu)比例為60:40
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