粉砕ナノ粒子の自己組織化：大容量、長持ち、非常に速いNa-Ionバッテリーを実現するアプローチ

これらの特性は本質的に相互に対照的であるため、大容量、高速充電能力、および高い循環安定性を同時に示すバッテリーアノードの製造は困難です。ここでは、ナノマテリアルや表面の修正を利用せずに上記の特性を同時に提供することにより、現在のアノードを上回るアノードを設計する合理的な戦略を報告します。これは、適切な電解質でのバッテリーサイクリング中に、粗いSN粒子の3Dネットワークのナノ構造への自発的な構造進化を促進することによって達成されます。アノードは、12690 MAG-1（15c）の超高速充電率でさえ、1500サイクルを超える1500サイクル中に大容量（〜480 MAHG-1）とエネルギー保持能力（99.9％）を着実に示します。測定された特性の構造的および化学的起源は、分子ダイナミクスと密度汎関数理論計算を組み合わせたマルチスケールシミュレーションを使用して説明されています。開発された方法は、シンプルでスケーラブルで、他のシステムに拡張可能であり、大量のナノ構造化アノード材料を取得するための代替ロボストルートを提供します。

The fabrication of battery anodes simultaneously exhibiting large capacity, fast charging capability, and high cyclic stability is challenging because these properties are mutually contrasting in nature. Here, we report a rational strategy to design anodes outperforming the current anodes by simultaneous provision of the above characteristics without utilizing nanomaterials and surface modifications. This is achieved by promoting spontaneous structural evolution of coarse Sn particles to 3D-networked nanostructures during battery cycling in an appropriate electrolyte. The anode steadily exhibits large capacity (∼480 mAhg-1) and energy retention capability (99.9%) during >1500 cycles even at an ultrafast charging rate of 12 690 mAg-1 (15C). The structural and chemical origins of the measured properties are explained using multiscale simulations combining molecular dynamics and density functional theory calculations. The developed method is simple, scalable, and expandable to other systems and provides an alternative robust route to obtain nanostructured anode materials in large quantities.