电池容量是高效可再生能源存储和大幅减少碳排放的主要瓶颈之一。作为锂离子电池 (LIB) 中释放电子的电池阳极，锡 (Sn) 和锡混合合金理论上可以比更常见的碳基阳极以更高的密度存储更多的能量。

将 Sn-Ti 双金属元件与廉价的乙二醇 (Sn-Ti-EG) 配对，可以缓解使用 Sn 作为阳极材料的许多挑战，并生产出具有优异存储和性能特性的廉价锂离子电池。

锡和锡合金，或另一种金属与锡的混合物，可能优于其他金属负极材料但由于充放电过程中金属膨胀，稳定性较差。克服此限制的一种方法是创建一个金属有机骨架（MOF）可保持快速电子转移（能量流），同时在充电和再充电过程中提供良好的稳定性。

材料科学家最近创造了一种 Sn-Ti-EG 双金属有机化合物 MOF，具有高导电性，能量容量和多次充电和放电循环的稳定性。

研究人员发表他们的学习在日记中能源材料与器件11 月 20 日。

“我们已付出巨大努力来开发高容量高能量密度锂离子电池的正极和负极材料。因为众所周知的正极材料的容量，例如LiFePO₄、富镍层状氧化物和LiMn₂氧₄，已经达到了理论极限，更多的注意力集中在寻找具有高能量密度的阳极材料，以替代具有相对较低理论容量和振实密度的常用石墨阳极，”资深作者黄振东说中国南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室和江苏省生物传感器重点实验室教授。

具体来说，由石墨（碳的结晶形式）制成的阳极的理论容量为 372 mAh g^-1，指的是材料每克 (g^-1）该材料。相比之下，锡、铋 (Bi) 和锑 (Sb) 金属比石墨阳极具有更高的理论容量。以锡负极为例，理论容量为994 mAh g^-1，但由于扩展而遇到稳定性问题。

“为了解决锡阳极的稳定性问题，人们探索了多种策略，包括最小化颗粒尺寸、引入惰性金属以及用碳材料组装。此外，合理设计的结构，如中空、层状和核壳结构结构在缓解体积膨胀方面发挥着重要作用。

“虽然这些策略在一定程度上有助于循环稳定性，但纳米结构锡基阳极的能量密度通常较低。相比之下，金属有机框架具有本质上的多孔结构，不仅提供大量的活性位点还能够实现快速电解质渗透和电子/离子转移，”黄说。

研究团队创建了一种由 Sn、Ti 和 EG 组成的独特 MOF，利用每种成分的有益特性来创建具有高电化学性能的更稳定的阳极材料。例如，EG 充当带正电荷的 Sn 之间的有机桥²⁺和钛⁴⁺离子来完成电池电路。钛还有助于改善材料的结构和稳定性。Sn贡献了较高的理论容量，提高了负极材料的电化学性能。

最终，该团队创造了一种新型、廉价的锂离子电池负极材料，该材料保持了 345 mAh g 的高比容量^-1电流密度为 1,000 mA g^Ø1700次循环后，证明了负极材料的稳定性。扫描电子显微镜图片证实负极材料在700次循环后没有裂纹。

Sn-Ti-EG 的进一步分析负极材料研究表明，Sn 和碳-氧之间的强相互作用导致了电极的高比容量和优异的循环稳定性，这可能有助于未来的研究人员设计具有类似特性的其他负极材料。研究小组看到了这一最新进展阳极-比容量作为额外锂离子电池材料的垫脚石，可以提高电池存储容量并实现大规模高效生产。更多信息：

Yuqing Cai等人，非晶态Sn-Ti-乙二醇化合物中的强配位相互作用，用于稳定的锂离子存储，能源材料与器件（2023）。DOI：10.26599/EMD.2023.9370013提供者：

清华大学出版社