攻克锡基负极核心技术难题 中科院钠电池实用化研究获突破

图片由AI生成（来源：中国科学院物理研究所）

锡基安时级软包电池的制备工艺及电化学性能

据中国科学院物理研究所消息，近日，该所团队攻克锡基负极核心技术难题，让低成本、高能量密度的钠离子电池向实用化更进一步，有望缓解电池续航焦虑。

钠离子电池资源丰富、原料易得、成本低廉，性价比显著。然而，它也存在一个短板：同等体积下存电能力偏弱，难以满足电池续航需求。锡基负极材料本是弥补这一短板的“好帮手”——其容量和密度高于传统碳材料，能在有限空间里储存更多电量，同时兼具安全性好、易加工等特点，甚至可以直接适配现有电池生产线。但锡基负极自身有一个“顽疾”：充放电时体积变化较大，反复的膨胀收缩会导致材料粉化失效，进而使电池容量快速“缩水”。以往的改进办法要么牺牲储电能力，要么增加成本，始终难以两全。

针对上述技术难题，科研团队利用单壁碳纳米管与锡颗粒之间的强吸附作用，为锡颗粒量身打造出一个坚固的“支架网络”。这一网络不仅能在电极制作时防止锡颗粒“抱团”，使材料分布更加均匀，还能在电池反复充放电过程中牢牢“兜”住锡颗粒，从而稳定其结构。

在此基础上，团队结合人工智能和拓扑学分析的新方法，摸清了背后的科学原理。该“支架网络”不会因体积变化而“散架”，既能保证锡颗粒充分参与反应，又能让颗粒间始终保持紧密的电接触，从而兼顾高效储电与耐用性。采用新方法制备的锡负极，可逆容量达到789.4毫安时/克；在2安培/克的大电流下，循环6000次后容量仍能保留87.6%。

随后，科研团队完成了公斤级的放大实验，所组装的钠离子电池体积能量密度超过453瓦时/升，支持4C高倍率、15分钟快速充放电，并且在-20℃的低温环境下依然表现良好。

这项研究为锡基负极材料找到了一条实用化路径，推动高能量密度、低成本钠离子电池迈出关键应用步伐，有望改善电池续航、充电、低温掉电等问题，未来可应用于大规模储能等领域。

相关研究成果发表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目、京津冀基础研究合作专项、第十届中国科协青年人才托举工程项目的支持。