楼雄文ACS NANO：具有独特的钠离子嵌入/脱出机制的Cu1.8S负极材料

钠离子电池由于资源丰富、价格低廉等特点，得到研究者的广泛关注。通常研究的负极材料主要表现出转换反应和合金化反应，反应过程中较大的体积变化导致材料的结构不稳定，电池循环性能较差。具有嵌入/脱出机制的钠离子的电池负极材料具有较好的结构稳定性，然而，探索合适的嵌入/脱出机制的负极材料具有非常大的挑战。最近，南洋理工大学楼雄文教授课题组和韩国汉阳大学Taeseup Song教授课题组报道了一种Cu_1.8S负极材料，不同于常规的转换反应的硫化物负极材料，该Cu_1.8S材料在0.1-2.2V电压区间表现出独特的钠离子嵌入/脱出机制，具有非常好的循环稳定性。该文章发表在国际知名期刊ACS NANO上。

实验以八面体的Cu₂O为模板，通过硫化、刻蚀、煅烧过程，得到空心的Cu_1.8S八面体。

图1. Cu_1.8S的合成过程及结构表征

图2. Cu_1.8S的结构表征

Cu_1.8S材料作为钠离子的电池负极时，在0.5-2.2V电压区间，在0.2C的电流密度下，具有约250mAh/g的可逆比容量；同时，材料具有非常好的循环稳定性，在2C的电流密度下，能稳定循环1000周。

图3. Cu_1.8S的电化学性能

非现场XRD测试表明，该材料在充放电过程中，衍射峰表现出可逆的偏移。非现场HRTEM、SAED也检测到中间相的可逆生成和消失。结果表明，Cu_1.8S材料在电化学反应过程中经历了可逆的钠离子嵌入/脱出机制。

图4. Cu_1.8S的储钠反应机理研究

最后，作者通过DFT计算了钠离子在Cu_1.8S晶格中的迁移能。计算结果表明，钠离子扩散的能垒大约为0.51eV/原子，表明Cu_1.8S材料是良好的钠离子导体。

图5. Cu_1.8S的嵌钠过程理论计算

Hyunjung Park, Jiseok Kwon, Heechae Choi,Donghyeok Shin, Taeseup Song*, and Xiong Wen (David) Lou*, Unusual Na⁺Ion Intercalation/Deintercalation in Metal-Rich Cu_1.8S for Na-IonBatteries, ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b00118.