铋（Bi）基合金型钠离子电池负极具有高的理论质量比容量（385 mAh g−1）和体积比容量（3800 mAh cm−3），且反应时会形成导电性良好的3D拓扑狄拉克半金属态（h-Na3Bi相），表现出较好的高倍率性能和极佳的快充特性。然而，在（脱）钠化过程中，Bi合金负极体积变化大（约244%），导致其颗粒粉碎严重，粉化后的活性材料容易失去电接触而失活，造成快速容量衰减。

在此，厦门大学魏湫龙，浙江大学Zheng Hongfei等人受到自然界“种子在土壤中生根发芽”过程的启发，通过简单高效、易于规模化制备的球磨共混方法，通过优化工艺，巧妙地将微米级铋颗粒（μm-Bi，作为“种子”）分散在微米级硬碳颗粒（μm-HC，作为“土壤”）中。

μm-Bi“种子”随着电化学循环逐步演化形成三维多孔纳米结构（“生根发芽”），抓住μm-HC“土壤”，提高了μm-Bi/μm-HC复合负极的结构稳定性。同时“根土结构”能够提供快速、连续的三维电子传输通道。

基于该自形态演化特征的结构设计，显著改善了高负载下（约1.77 mAh cm−2）μm-Bi基复合负极的电化学循环稳定性；1 A g−1电流密度下循环2000圈后容量保持率为99.8%；基于该复合负极组装的Bi40HC60||Na3V2(PO4)3全电池能够稳定循环4500圈。

图1. μm-Bi在电解液中的循环性能和形貌演变过程

总之，该工作通过详细研究微米级Bi颗粒在不断（脱）合金过程中的形态演变，揭示了μm-Bi厚电极因体积变化大，引起电极材料粉化而失去电接触的失效机制。

基于其形貌演化特性，创新性地提出了具有“根系在土壤中生长”类似过程的μm-Bi/μm-HC厚电极设计策略，并系统研究对比了一系列具有不同Bi/HC质量比的复合电极的形貌演化及电化学性能差异。

优化后的Bi40HC60厚电极具有最佳的综合钠离子存储性能，具有高比/体积容量（321 mAh g−1/463 mAh cm−3）、高ICE（88.2%）、优异的循环性能（在1 A g−1下稳定循环2000圈且容量损失可忽略不计）以及高的倍率性能。组装的Bi40HC60||NVP全电池能够稳定循环4500圈。因此，该工作为钠离子电池的实际应用提供了新方案。

图2. Bi40HC60||Na3V2(PO4)3全电池的电化学性能

Root-Growth-Inspired Self-Morphology-Evolution of Microsized Bismuth Surrounded by Microsized Hard Carbon for Stabilized Sodium-Ion Storage,Advanced Materials2024 DOI: 10.1002/adma.202412636