锡作为合金型储钠电极具有许多优势,比如高的理论比容量(847 mAh g-1)、优良的电子导电性、无毒性以及低的储钠电位(～0.3 V,vs.Na+/Na)。然而锡电极储钠后会发生较大的体积膨胀,在钠离子反复嵌脱过程中结构的变形重塑会导致锡电极与集流体的黏附力下降,与此同时,固体电解质界面膜的破损再修复会不断消耗Na+,造成电池容量衰减。因此,解决金属锡材料嵌钠过程中严重的体积膨胀问题是提高锡储钠电化学性能的必经之路。本文在没有使用粘结剂的情况下,采用合金“胶”策略巧妙地解决了体积膨胀引起的电极易从集流体脱离的问题,并探究了锡阵列(SnNA)作为钠离子电池负极时的电化学性能及机理。具体研究内容如下:(1)我们设计并通过无模板电沉积法制备了 SnNA电极,三维结构所具有的丰富的离子扩散通道等特点有利于提升材料的电化学活性。另外,本文展示了一种通过退火处理在电极界面处使Sn和Cu合金化来加强电极和集流体之间连接的新策略。该Cu-Sn合金具有优良的电子导电性,同时具有电化学惰性,可作为理想的加固“胶”牢牢地连接Sn活性材料和Cu集流体,增强循环过程中电极结构的稳定性。因此,SnNA电极在0.2 C的电流密度下表现出801 mAh g-1的可逆容量,并且在5 C下循环300圈后还可保持501 mAh g-1。此外,通过电化学阻抗谱,原子结构分析和原位X射线衍射相结合,进一步揭示了合金“胶”的工作机理。(2)为了更全面深入地研究锡阵列电极储钠的动力学特性,我们使用交流阻抗技术和恒电流间歇滴定技术测试了 Na+在SnNA电极中的扩散系数。另外,通过测试不同扫速下的循环伏安曲线,我们计算分析得到SnNA电极的储钠容量贡献分别来自于表面电容行为和体相扩散行为。最后我们利用阿伦尼乌斯定律计算在半钠化和全钠化状态下的Na+嵌入活化能,探究了其在储钠过程中的电化学反应行为特点。