Large-scale synthesis of SnS-C composites by introducing mesoporous structure in situ to improve lithium ion storage performance

 介孔结构原位构筑及其对SnS-C复合材料储锂性能的提升：一种大规模合成策略

作者信息：

Hong Zeng, Ying Wu

Institute of Energy Power Innovation, North China Electric Power University, Beijing, 102206, China

https://doi.org/10.1016/j.tramat.2025.100035

文章介绍：

作为绿色电化学能源的典型代表，二次电池在人类社会中正发挥着日益重要的作用。在各种二次电池中，锂离子电池凭借其低自放电、长寿命、轻量化、高能量密度、宽工作电压窗口及环境友好等优势，已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、电动工具、智能电网、分布式能源系统、航空航天及国防等领域。正因其为人类生活带来巨大便利，锂离子电池已成为21世纪最具价值的储能装置之一，受到全球范围内的广泛关注。

随着便携式设备与电动汽车的快速发展，开发具有更高容量和更长循环寿命的锂离子电池具有划时代意义。目前商用锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，然而商用石墨负极的实际比容量已接近其372 mAh g⁻¹的理论极限，提升空间极为有限。

近年来，由于独特的晶格排列特性，SnS在二次电池、电化学超级电容器、光伏电池、光催化、热电材料、光电子器件、光电极等众多器件应用领域展现出巨大潜力。室温下，SnS具有独特的双层正交晶系结构（空间群：Pnma，晶格参数：a=0.433 nm, b=1.119 nm, c=0.398 nm）。其层间通过范德华力结合且间距较大，这既有利于锂离子（离子半径0.76 Å）的嵌入，又能适应充放电过程中的体积变化，从而提升锂离子存储容量与循环稳定性。

因此，SnS因其1136 mAh g⁻¹的高理论容量、优异倍率性能、本征电导率高及合适电位平台等优势，成为极具潜力的锂电负极替代材料。然而，在转化反应与锂锡合金化过程中产生的巨大体积变化，最终会导致材料破碎和容量快速衰减。

目前，通过球磨技术大规模制备介孔结构SnS-碳负极的方法仍鲜见报道。为此，本研究以微米级SnS和石墨颗粒为原料，采用简单可控的球磨法，提出了一种原位引入介孔结构至SnS-碳复合材料的策略（图1）。通过碳包覆在球磨过程中原位构建出具有内部空腔和高比表面积的介孔结构SnS-C复合材料。这种独特结构不仅能提供更多锂离子反应活性位点、卓越的电子传导能力及快速的离子/电子扩散路径，还能有效提供缓冲空间以缓解SnS在嵌锂/脱锂过程中的体积变化，从而显著提升材料利用率、比容量、倍率性能和电化学循环稳定性。

中文摘要：

通过简易的两步高能球磨法，成功制备出具有改善电化学性能的介孔硫化锡-碳复合材料。电化学分析表明，所制备的纳米复合材料作为锂离子电池负极，展现出更高的放电容量和优异的循环稳定性。以所组装的含50% C的SnS-C纳米复合材料为负极的电池，首次放电即显示出高达1056 mAh g⁻¹的比容量，库伦效率为75%，并具有卓越的循环稳定性（在长达200次循环后容量仍达1179 mAh g⁻¹）。SnS-C复合材料电化学性能的显著提升，归因于其碳包覆形成的独特介孔结构——该结构具有内部空隙、高比表面积（106.26 m² g⁻¹）并能适应循环过程中的体积变化，从而为锂离子存储提供了丰富的活性位点，并促进了电子和锂离子的扩散/传输。本研究通过使用具有高比表面积的介孔结构材料，为锂离子电池负极的设计提供了一种新策略。