DOI:10.1016/j.carbon.2020.08.069
合理和定向設計合適的電極結構是實現理想性能的關鍵。本文報道了鋰離子電池（LIBs）中具有理想一維結構和良好電化學性能的自支撐雜化膜的設計與合成。簡而言之，通過提供源自碳化過程中實時熱分解反應的水蒸氣對納米纖維進行原位蝕刻，同時將分層孔隙率和N，P共摻雜引入到碳納米纖維骨架中。這兩種缺陷工程的協同效應暴露出更多的活性位點，可以提供大量的假電容來提高鋰的存儲性能。另外，通過靜電紡絲工藝形成的原位涂層結構也有助于減輕Fe3O4的體積膨脹。因此，所制備的雜化膜在半電池中循環200次后顯示出優異的性能，在2 mA cm-2下可提供1.0 mAh cm-2的面積容量。同時，一個實用的硬幣型全電池在100個循環后，在0.5 mA cm-2下的面積容量可達0.62 mAh cm-2。這項工作為構建具有可控缺陷的合理電極材料鋪平了道路。
圖1.Fe3O4@P-CNF電極制備策略的示意圖。
圖2.（a-b）Fe3O4@P-CNF的SEM圖像。（c）Fe3O4@P-CNF的橫截面。（d-f）Fe3O4@P-CNF的TEM圖像。（g）相應的SAED圖像。（h-m）STEM圖像以及C、Fe、O、N和P的元素映射。
圖3.（a）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的XRD圖譜。（b）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的Fe2p光譜。（c）Fe3O4@P-CNF的C1s光譜。（d）Fe3O4@P-CNF的N1s光譜。（e）Fe3O4@P-CNF的P2p光譜。（g）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的TGA曲線。
圖4.（a）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的N2吸附等溫線，（b）相應的孔徑分布曲線。
圖5.Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的半電池性能。（a）Fe3O4@P-CNF的CV曲線。（b）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的循環性能。（c）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的倍率性能。（d）Fe3O4@P-CNF的長期循環性能。（e-g）200個循環后Fe3O4@P-CNF負極的SEM圖像。
圖6.Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的動力學分析。（a）Fe3O4@P-CNF在0.1至0.8 mV s-1不同掃描速率下的CV曲線。（b）Fe3O4@P-CNF的掃描速率和峰值電流圖。（c）紅色Fe3O4@P-CNF在0.8 mV s-1下的電容貢獻。（d）電荷擴散系數過程。（e）放電過程的擴散系數。
圖7.用Fe3O4@P-CNF負極和商用NCM 523正極組裝的硬幣型全電池的電化學性能。（a）在0.1至2.0 mA cm-2的不同電流密度下的倍率性能。（b）在不同電流密度下的充電/放電曲線。（c）長期循環性能。（d-f）100個循環后Fe3O4@P-CNF負極的SEM圖像。
