北京青年报记者3月27日从中国科学院了解到，近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源重点实验室E01组胡勇胜研究员和谢飞副研究员团队合作，提出了一种构建单壁碳纳米管（SWCNT）导电限域网络的策略，成功攻克了钠离子电池锡基负极的稳定性难题。

锡基安时级软包电池的制备工艺及电化学性能

钠离子电池（NIBs）凭借资源丰富、成本低廉的优势，在大规模储能和电动重卡领域展现出巨大的应用潜力。但这些应用场景对电池的空间和体积要求极高，对电池的体积能量密度提出了严峻挑战。在众多负极材料中，合金类负极（如锡）因其高理论容量和高压实密度，被视为极具前景的候选材料。相比金属钠负极，锡负极更安全、易加工，且兼容现有生产线。但最大的挑战是，锡负极在循环过程中面临剧烈的体积变化（约420%），导致颗粒粉化、电接触丧失，进而形成电化学失活的“死锡”，造成活性物质利用率降低和容量迅速衰减，同时锡的莫氏硬度低，极易在浆料制备中发生自发团聚，这些都限制了其规模化制备和应用。

基于上述挑战，研究团队利用单壁碳纳米管与微米锡晶面之间的强吸附作用，构建了坚固的交联网络。这一网络在电极制备阶段充当“过程控制剂”，有效抑制了锡颗粒的团聚，实现了高活性物质负载（92 wt.%）的电极制备。通过多尺度表征技术结合机器学习，深入研究了微米锡颗粒在循环过程中的形貌演化过程，并首次建立了拓扑演化与电化学性能间的定量化正相关关系。研究揭示了锡负极经历充分拓扑形貌演化是保证电化学反应持续进行的必要条件，而加固交联网络的支撑作用可以有效维持形貌演变过程中颗粒间连续的机械与电接触，确保了持续的高活性物质的利用率，从而兼顾高容量的发挥与长循环稳定性。

基于此策略，制备出的微米锡负极在0.1 A/g下具有789.4 mAh/g的高可逆容量，并在2 A/g的大电流下循环6000次后，容量保持率仍高达87.6%。基于公斤级放大制备的微米锡负极，制备了安时级钠离子电池，实现了超过453 Wh/L的高体积能量密度，并在4C倍率下实现稳定循环。此外，该电池还展现出优异的低温性能，综合指标优于商业磷酸铁锂电池。这项工作为设计合金负极提供了新思路与新视角，并为开发下一代高能量密度钠离子电池提供了一条可扩展的实用化路径。

供图/中国科学院物理研究所

文/北京青年报记者 雷嘉
编辑/周超