上海交通大學張亞非Appl. Surf. Sci.：節點連接硅碳納米纖維雜化負極的制備及其在鋰

DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.148944

硅作為一種有效的負極材料，因其比容量高、儲量大而備受關注。然而，在充放電過程中硅的體積收縮和膨脹嚴重阻礙了其工業利用的進程。在本研究中，采用靜電紡絲法設計并制備了一種新型雜化負極材料，其具有節點連接的硅碳納米纖維結構（Si@void/CNF）。這種獨特的結構不僅為硅納米粒子提供了導電的網狀結構，而且還調節了相關的體積變化。通過將Si與PMMA的質量比調整為1:1，可以獲得最佳的結構，從而帶來優異的電化學性能。Si@void/CNF在第一個放電循環中顯示出913.6 mAh g-1的比容量，在100 mA g-1的電流密度下進行100次循環后，其保持率為72.9％。節點連接Si@void/CNF的電紡結構為硅基負極材料的制備提供了一種簡便可行的方法。

圖1.Si@void/CNF的合成過程示意圖。

圖2.Si@void/CNF-2的SEM圖像，其中Si納米粒子位于PMMA（a-c）截面和（d-f）頂面的孔中。

圖3.（a）（b）Si@void/CNF-2的不同放大倍率TEM圖像。（c）Si@void/CNF-2的HRTEM圖像。（d）碳，（e）硅，以及（f）從（a）中收集的碳和硅組合的EDS元素映射。

圖4.（a）不同Si@void/CNF樣品的拉曼光譜；（b）Si和Si@void/CNF-2的XRD光譜圖以及Si@void/CNF-2樣品的XPS光譜圖：（c）C1s，（d）Si2p。

圖5.（a）Si@void/CNF-2的CV測試；（b）Si@void/CNF-2的充放電電勢曲線；（c）Si@void/CNF-2負極在100 mA g-1下的循環性能和（d）Si@void/CNF-2的倍率性能。

圖6.循環（a）之前和之后（b），Si@void/CNF的電化學阻抗譜。（c）100次循環后，Si@void/CNF-3電極的奈奎斯特圖。（d）循環后Si@void/CNF的Z’與ω-0.5的關系圖。