基于等离子球磨技术（P-milling），成功制备出具有独特球形结构的纳米级 Sn-Fe3O4@C 三元复合材料。在该材料体系中，Sn 与 Fe3O4 纳米球均匀镶嵌于碳基质内，形成高度分散的稳定结构。得益于这种精妙的微观构造，材料不仅具备高比容量，还展现出优异的循环稳定性与倍率性能。其特殊的形貌设计，配合简便高效的制备工艺，大幅降低了生产复杂性与成本，为 Sn-Fe3O4@C 复合材料的大规模产业化应用奠定了坚实基础，使其在储能领域展现出巨大的发展潜力。

图文示意

图1 Sn-Fe₃O₄@C复合材料的合成过程

      石墨混合物的莫氏硬度仅为 1.5，较低的硬度赋予其良好缓冲性能，但在研磨过程中，这种特性会削弱对 Sn 粉的细化效果。基于此，实验采用分步研磨策略：首先对 Fe3O4 和锡颗粒进行细化处理。由于 Fe3O4 具有 5.6-6.5 的较高莫氏硬度，在研磨过程中能够作为稳定基体，促使 Sn 颗粒均匀分散其中，成功制备出 Sn-Fe3O4 复合材料。在第二步工艺中，将 Sn–Fe3O4 纳米复合材料分散于微尺寸石墨基体，通过精确控制工艺参数，使其形成独特的球形结构。该球形 Sn-Fe3O4@C 纳米结构在与锂发生反应时，凭借优化的结构设计，有望有效维持结构完整性，显著提升材料的循环性能，展现出在储能应用中的潜在价值。

图2（a）Sn-Fe₃O₄-C，Sn-Fe₃O₄和Sn-Fe₃O₄@C复合材料XRD图谱；（b）Sn-Fe₃O₄@C和Sn-Fe₃O₄-C复合材料的DSC分析；（c）Sn-Fe₃O₄-C和Sn-Fe₃O₄@C复合材料中碳的拉曼光谱

      图 4b 展示了 Sn–Fe₃O₄@C 纳米复合阳极在 0.01 V 至 3 V 电压区间内，以 200 mA・g⁻¹ 电流密度进行充放电的曲线。其初始放电和充电容量分别高达约 984 mAh・g⁻¹ 和 720 mAh・g⁻¹，展现出优异的初始电化学活性。进一步观察图 4c 可知，经 P-milling 处理的 Sn–Fe₃O₄@C 阳极在 200 mA・g⁻¹ 电流密度下，历经 240 次充放电循环后，仍保持良好的循环性能；相比未研磨的混合电极，该复合阳极的容量稳定性显著提升，表现出更优异的循环稳定性。图 4d 的结果则表明，Sn–Fe₃O₄@C 阳极具备出色的容量保持能力，这得益于其独特的微观结构 —— 纳米级 Sn 和 Fe₃O₄晶粒均匀分散于石墨基体，微米级球形颗粒有效抑制团聚，石墨片层缓冲体积变化，共同保障了电极在循环过程中的结构完整性与电化学性能。

图5（a）前三个循环中，Sn-Fe₃O₄@C复合阳极在50mA·g^-1的电流密度下和随后的2000mA·g^-1的电流/放电容量；（b）第四次放电过程结束后，在电流密度为2000mA·g^-1的情况下，P-milling的Sn-Fe₃O₄@C复合阳极的电化学阻抗响应；（c）拟合阻抗数据（d）在不同的周期内拟合的Rf和Rct

      如图 5a 所示，对 Sn–Fe₃O₄@C 纳米复合阳极开展了 2000 mA・g⁻¹ 大电流密度下的高速恒电流充放电测试。结果表明，经过 500 次充放电循环后，该电极仍展现出良好的容量保持率，充分验证了其优异的高倍率循环稳定性。进一步通过电极表面形貌分析发现，即使经历 50 次充放电循环，Sn–Fe₃O₄@C 电极表面依然保持平整，未观察到明显裂纹。这一现象直观地证明了球形 Sn–Fe₃O₄@C 复合材料在大电流充放电过程中，凭借其独特的微观结构设计 —— 石墨片层对内部活性物质的有效包覆与缓冲，以及球形颗粒低比表面积带来的抗团聚特性，成功维持了结构的完整性，从而确保了电极在高倍率条件下的稳定电化学性能。

总结

      本研究首次采用简便的两步 P-milling 工艺成功制备了 Sn-Fe₃O₄@C 纳米复合材料。该材料独特的纳米 / 微米混合结构设计赋予其多重显著优势：（i）通过精准调控 Fe₃O₄作为助磨剂的添加量，能够实现 Sn 颗粒的高效分散，并将其细化至纳米尺度。在电化学循环过程中，这种微观结构可有效抑制活性物质的机械破碎与粉化，显著提升电极的循环稳定性；（ii）由超细导电石墨构成的三维网络骨架，不仅能够防止 Sn 和 Fe₃O₄纳米粒子的自团聚，还能为活性物质在充放电过程中的体积膨胀提供缓冲空间，同时加速电子传输动力学。这一结构设计不仅维持了电极在长期循环中的结构完整性，还改善了 Fe₃O₄本身固有的动力学缺陷。得益于上述结构优势，Sn-Fe₃O₄@C 复合材料展现出高可逆比容量、优异的倍率性能以及长循环寿命，使其成为极具潜力的锂离子电池负极材料。

文章原文：H.Y. Zhang, R.Z. Hu*, H. Liu, W. Sun, Z.C. Lu, J.W. Liu, L.C. Yang, Y. Zhang, M. Zhu, Spherical Sn-Fe3O4@graphite composite as long-life and high-rate-capability anode for lithium ion batteries, Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4(26):10321-10328（IF=8.867)

2011/07－2013/02，华南理工大学，材料科学与工程学院金属材料系，讲师

2013/03－2016年8月，华南理工大学，材料科学与工程学院金属材料系，副教授(破格晋升)

2014/10-2015/11 美国佐治亚理工学院（Georgia Tech）,材料科学院与工程学院，访问学者

2016/09－至今，华南理工大学，材料科学与工程学院金属材料系，教授(破格晋升)

主要研究方向：

1.锂离子电池、高容量金属基储锂负极材料结构与性能调控

2. 新型电化学储能体系与器件、材料电化学反应体系的原位表征与分析