由于锂资源在地壳中的储量较少且分布不均匀等问题制约了锂离子电池技术的持续发展和大规模应用。因此，迫切需要开发出可替代锂离子电池的二次电池体系。而同一主族的钠与锂有相似的物理化学性质，且储量丰富、分布广泛。因此，钠离子电池被认为是最有希望成为低成本、大规模储能应用的电池技术。近年来，金属铋由于其低毒性、储量丰富，较高的理论比容量（386 mAh g^-1）以及较安全的反应电压（~0.6 V）等优点，被认为是最有前景的钠离子电池负极材料之一。但是，当金属铋与钠合金化反应后产生较大的体积膨胀（≈244%），会使电极材料粉化后从电极片上脱落，造成严重的容量衰减。

最近，天津大学许运华教授（点击查看介绍）团队在铋基钠离子电池负极方面的研究取得重要进展。他们采用商业化的柠檬酸铋为前驱体，通过一步热解的方法得到了具有长循环寿命和高倍率性能的钠离子电池铋@碳复合负极材料。扣式电池测试结果表明：（1）在在8 A g^-1的大电流密度下循环30000圈后，容量保持率高达95%；（2）在60 A g^-1的电流密度下，相比于0.4 A g^-1时具有71%的容量保持率；（3）与磷酸钒钠匹配的全电池在1 A g^-1的电流密度下循环500圈后，容量保持率达到93%；（4）在11.5 mg cm^-2的高载量下和0.8 A g^-1的电流密度下，循环200圈后，仍然有280 mAh g^-1的比容量。该工作中构筑的导电网络结构，不但可以作为一种的普适方法，在改善其他材料电化学性能方面得到广泛的研究和应用，而且有望促进具有优异电化学性能的二次电池的发展。

该成果近期发表在Advanced Materials 上，通讯作者是天津大学许运华教授，第一作者是天津大学的博士研究生熊佩勋同学。以上工作得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的资助。

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Bismuth Nanoparticle@Carbon Composite Anodes for Ultralong Cycle Life and High‐Rate Sodium‐Ion Batteries

Peixun Xiong, Panxing Bai, Ang Li, Benfang Li, Mingren Cheng, Yiping Chen, Shuping Huang, Qiang Jiang, Xian‐He Bu, Yunhua Xu

Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201904771

导师介绍

许运华，天津大学材料科学与工程学院教授。2002年毕业于郑州大学，获应用物理学学士学位；2008年在华南理工大学获得材料物理与化学博士学位，博士学位论文被评为2010年度全国优秀博士学位论文。2006年在加州大学圣芭芭拉分校做交换学生，之后先后在美国加州大学圣巴巴拉分校、美国马里兰大学和美国爱荷华州立大学从事有机光电材料、储能材料和器件等方面的研究工作。目前主要从事电化学储能材料与器件的研究，包括锂-硫电池、钠/钾离子电池、锂-有机电池及电池电化学过程等。近年在国际学术期刊上发表论文20余篇，主要有钠离子电池（Adv. Mater., 2019, 1904771、Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1703217、Energy Storage Mater. (2018, 13, 274; 2019, doi.org/10.1016/j.ensm.2019.10.006）ACS Appl. Mater. Interface, 2018, 10, 41380）、钾离子电池（Adv. Funct. Mater.（2016, 26, 8103; 2019, 29, 1807137）、ACS Nano（2019, 13, 2536; 2019, 13, 745）、Small, 2018, 14, 1802140、J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 19237、ChemSusChem, 2018, 11, 202; J Phys. Chem. C, 2017, 121, 125652）、锂硫电池（Adv. Mater., 2018, 30, 1804581、ACS Appl. Mater. Interface, 2019, 11, 10624、J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 17977）、锂有机电池（Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1705432; ACS Appl. Mater. Interface, 2019, 11, 42305）等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/50275