DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.148944

硅作为一种有效的负极材料，因其比容量高、储量大而备受关注。然而，在充放电过程中硅的体积收缩和膨胀严重阻碍了其工业利用的进程。在本研究中，采用静电纺丝法设计并制备了一种新型杂化负极材料，其具有节点连接的硅碳纳米纤维结构（Si@void/CNF）。这种独特的结构不仅为硅纳米粒子提供了导电的网状结构，而且还调节了相关的体积变化。通过将Si与PMMA的质量比调整为1:1，可以获得最佳的结构，从而带来优异的电化学性能。Si@void/CNF在第一个放电循环中显示出913.6 mAh g-1的比容量，在100 mA g-1的电流密度下进行100次循环后，其保持率为72.9％。节点连接Si@void/CNF的电纺结构为硅基负极材料的制备提供了一种简便可行的方法。

图1.Si@void/CNF的合成过程示意图。

图2.Si@void/CNF-2的SEM图像，其中Si纳米粒子位于PMMA（a-c）截面和（d-f）顶面的孔中。

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

图4.（a）不同Si@void/CNF样品的拉曼光谱；（b）Si和Si@void/CNF-2的XRD光谱图以及Si@void/CNF-2样品的XPS光谱图：（c）C1s，（d）Si2p。

图5.（a）Si@void/CNF-2的CV测试；（b）Si@void/CNF-2的充放电电势曲线；（c）Si@void/CNF-2负极在100 mA g-1下的循环性能和（d）Si@void/CNF-2的倍率性能。

图6.循环（a）之前和之后（b），Si@void/CNF的电化学阻抗谱。（c）100次循环后，Si@void/CNF-3电极的奈奎斯特图。（d）循环后Si@void/CNF的Z’与ω-0.5的关系图。