尋找具有優化結構的高比容量負極材料以實現鋰離子電池（LIBs）的高能量密度、長循環壽命和高倍率性能是當前的一項緊迫任務。近年來，金屬磷化物引起了人們的廣泛關注，然而，巨大的體積變化、較差的導電性和納米顆粒的聚集阻礙了其實際應用。在此，研究者通過靜電紡絲和熱處理合成了生長ZnP2納米顆粒的N,P共摻雜碳納米纖維（ZnP2@NPCNFs）復合材料，并將其直接用作LIBs的無粘合劑負極。具有良好柔性的3D自支撐ZnP2@NPCNFs不僅可以提高導電性，緩解循環過程中的體積波動，還可以緩沖納米顆粒的團聚和粉化。ZnP2@NPCNFs電極的鋰存儲遵循轉化反應機制。此外，由摻雜氮產生的額外鋰嵌入活性位點、P-C鍵的存在以及NPCNFs的空間限制效應賦予了ZnP2@NPCNFs電極獨特的電化學性能。當作為負極組裝時，ZnP2@NPCNFs電極在0.2A/g下循環100次后達到了746mAh/g的高可逆容量，在2A/g下進行1000次循環后達到406.49mAh/g。電化學試驗表明，大部分容量貢獻來自電容過程。此外，LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全電池具有類似的優異電化學性能。總體而言，本研究為合理構建具有高容量守恒的鋰離子電池用金屬磷化物負極提供了新思路。
圖1.（a）ZnP2@NPCNFs和NCNFs以及（b）純ZnP2的XRD譜。
圖2.（a）靜電紡絲后的ZnP2@NPCNFs前驅體和（b）ZnP2@NPCNFs的SEM圖像。插圖為低倍率圖像。（c）ZnP2@NPCNFs的低倍率透射電鏡圖像。（d）ZnP2@NPCNFs的HRTEM圖像，插圖為相應的SAED圖譜。（e-i）STEM圖像以及N、C、P和Zn元素映射。
圖3.ZnP2@NPCNFs的XPS光譜：（a）全掃描，（b）C1s，（c）N1s，（d）P2p。
圖4.ZnP2@NPCNFs電極（a）放電至0.01V和（b）充電至3V時的非原位XRD圖。ZnP2@NPCNFs電極在（c）0.01V放電狀態和（d）3V充電狀態下的非原位HRTEM圖像和相應的SAED圖。
圖5.（a）ZnP2@NPCNFs電極在前4個循環期間的循環伏安曲線。（b）ZnP2@NPCNFs電極在0.2A/g下的恒電流充放電曲線。（c-d）ZnP2@NPCNFs、ZnP2/NCNFs和ZnP2電極的倍率性能。（e）ZnP2@NPCNFs、ZnP2/NCNFs和NCNFs電極在2A/g下的長期循環性能。
圖6.ZnP2@NPCNFs、ZnP2/NCNFs和ZnP2電極在2A/g下（a）進行50次循環之前和（b）之后的的奈奎斯特圖。（c）EIS測試的等效電路。（d）ZnP2@NPCNFs負極的充放電GITT曲線。（e-f）相應的Li+擴散系數。（g）ZnP2@NPCNFs電極充放電轉化反應過程的示意圖。
圖7.（a）ZnP2@NPCNFs電極在不同掃描速率下的CV曲線。（b）ZnP2@NPCNFs電極每個峰處的log（i）與log（v）關系圖。（c）ZnP2@NPCNFs電極的電容貢獻（綠色區域）。（d）ZnP2@NPCNFs在不同掃描速率下的電容貢獻率比較。
圖8.（a）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全電池的制備示意圖。（b）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全電池在0.2A/g下進行不同循環的恒電流充電/放電曲線。（c）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全電池在0.4A/g下的長期循環性能。（d）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全電池不同時間點亮三個紅色發光二極管的數碼照片。
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