基于Sn4+ 交联海藻酸钠的SnS2 复合负极材料设计及其高性能锂离子电池应用研究

本研究针对二维SnS2 材料在锂离子电池应用中存在的体积膨胀（~340%）、颗粒团聚和电解液溶解等关键问题，创新性地开发了Sn4+ 交联海藻酸钠（Sn-SA）水凝胶修饰的SnS2 @Sn-SA纳米复合材料。通过原位水热法构建的三维网络结构有效稳定了电极/电解液界面，使复合材料在0.1C倍率下实现797 mAh g?1 的高可逆容量，为生物聚合物在储能领域的应用提供了新范式。

　　

在便携式电子设备和电动汽车快速发展的今天，锂离子电池的能量密度已成为制约技术进步的瓶颈。传统石墨负极的理论容量仅为372 mAh g^?1
，而层状金属二硫化物SnS₂
凭借其1231 mAh g^?1
的超高理论容量（其中645 mAh g^?1
来自独特的Li-Sn合金化机制）成为研究热点。然而，充放电过程中340%的体积膨胀、活性物质溶解等问题导致电极结构崩塌，严重限制了实际应用。

吉林大学等机构的研究人员创新性地利用Sn⁴⁺
交联海藻酸钠（Sn-SA）水凝胶修饰SnS₂
纳米片，构建了具有"蛋盒"结构（egg-box）的SnS₂
@Sn-SA复合材料。该设计通过α-L-古洛糖醛酸（G单元）与Sn⁴⁺
的配位作用形成三维网络，不仅缓冲了体积变化，还抑制了副反应和固体电解质界面（SEI）的持续生长。研究成果发表于《Journal of Energy Storage》，为解决转换-合金型电极材料的稳定性难题提供了新思路。

关键技术包括：1）水热法原位合成SnS₂
@Sn-SA纳米复合材料；2）利用X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征材料结构；3）通过循环伏安法（CV）和恒电流充放电测试评估电化学性能；4）采用电化学阻抗谱（EIS）分析界面动力学特性。

【制备与结构表征】
研究发现Sn-SA水凝胶中的羧基与Sn⁴⁺
交联形成的三维网络，可将SnS₂
层间距稳定在5.90 ?（001晶面），TEM显示该结构能有效防止纳米片堆叠。

【电化学性能】
在0.1C倍率下，复合材料展现797 mAh g^?1
的可逆容量，500次循环后容量保持率达81.3%。EIS测试证实Sn-SA层使电荷转移电阻降低62%，显著提升了倍率性能。

【机理分析】
原位XRD证实Sn-SA基质通过可逆的"膨胀-收缩"行为容纳SnS₂
的体积变化，而GelMA红外光谱显示羧基与Sn⁴⁺
的配位作用抑制了多硫化物的溶解。

该研究证实生物聚合物修饰策略具有三重优势：物理限域作用缓解体积膨胀、化学配位稳定电极界面、三维网络促进离子传输。相比传统碳包覆方法，Sn-SA修饰使电池体积能量密度提升35%，为开发高稳定性储能材料开辟了新途径。特别值得注意的是，这种基于天然多糖的绿色改性方案，在保持高性能的同时显著降低了生产成本，具有重要的产业化应用价值。