东南大学科研团队在《Advanced Materials》上发表最新研究成果

（通讯员贺加瑞）近日，东南大学能源与环境学院、新一代储能中心吴宇平、贺加瑞团队和土木工程学院陈耀教授以“Dynamic Gradient Oxygen Layer Enables Stable Sn Anode for Lithium Storage”（动态氧梯度保护层实现Sn负极的稳定锂储存）为题在国际权威期刊《Advanced Materials》（影响因子27.4）上发表的研究型文章正式出版。文章的第一作者为东南大学能源与环境学院2023级秋季博士生刘希，通讯作者为贺加瑞、陈耀。

锂离子电池（LIB）由于其高能量密度、环境友好性和长循环寿命等优势而受到广泛关注。随着便携式电子设备和电动汽车的快速发展，对高能量密度电池的需求日益迫切。石墨作为商业LIB主流负极材料，其低理论容量（372 mAh g^-1）严重限制了高能量密度电池的发展。相比之下，合金型负极材料锡（Sn）凭借其优异的导电性和高理论容量（Li_4.4Sn，990 mAh g^-1），展现出巨大的应用潜力。然而，Sn负极在深度锂化（形成Li_4.4Sn）过程中会产生显著的体积膨胀，导致电极结构粉化、活性物质脱落，进而影响电池的循环稳定性。此外，Sn负极的合金化反应机制尚不完全明确，这进一步制约了其实际应用。因此，开发一种具有明确反应机制、优异循环稳定性和高容量的Sn基负极材料具有重要意义。

本研究通过合理设计，在Sn颗粒表面原位构筑了无序不规则微结构的SnO_x（x=1，2）（Sn@SnO_x）。该包覆层基于SnO_x的插层型储锂机制，有效缓解了体积膨胀并减少了活性锂的不可逆消耗。在循环过程中，Sn颗粒表面原位形成了一层具有动态氧梯度的致密非晶保护层，能够有效抑制颗粒的机械破碎。具体而言，外层高氧浓度区，Li⁺与氧结合形成稳定的Li₂O，构建坚固的固体电解质界面（SEI），增强电极/电解液界面的稳定性。中间非晶SnO_x区，作为Li⁺嵌入的缓冲层，促进离子快速传输。内核贫氧区，以Sn金属为主，确保高容量储锂。这种梯度结构不仅优化了Li⁺的扩散动力学，还实现了Sn的深度锂化。此外，有限元模拟结果表明，Sn颗粒表面无序不规则微结构在转变为非晶态包覆层的过程中能够有效吸收机械能，从而显著抑制Sn颗粒的破碎行为。得益于动态梯度氧保护层的协同作用，Sn@SnO_x负极在900次循环后仍保持84%的容量保留率，展现出卓越的长循环稳定性。本研究为高性能合金型负极材料的结构设计提供了新思路。

近两年来，该研究团队在电解质和高性能电极设计领域取得了一系列重要科研成果。在电解质方面，提出了利用盐调控电解质结构的策略，成功实现了高安全、长循环稳定的钠金属电池（Nature Energy 2024, 9, 446）。在室温钠硫电池研究中，揭示了嵌脱–催化转化新机制（Nature Commun. 2023, 14, 6568; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202412287），并提出了钠金属表面超亲钠成核种子的结构设计（Energy Environ. Sci. 2024, 17, 7416; Energy Environ. Sci. 2025, 18, 1630）。在电极改性方面，开发了一类具有阴离子氧化还原活性的钠过渡金属硫化物正极材料（Adv. Mater. 2024, 36, 2403521），并通过原位XRD技术在碳质负极循环过程中直接观测到准钠金属团簇，实现了高性能储钠（Adv. Mater. 2025, 37, 2410673）。