DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163635

为了更有效地缓解锂嵌入/脱嵌过程中硅负极的体积膨胀和收缩，并改善电子和离子传输动力学，本研究采用牺牲模板（ZIF-8）构建介孔碳，结合静电纺丝技术和随后的水热碳包覆，制备了具有三明治结构的碳包覆硅/多孔碳复合纤维。碳纤维骨架和碳包覆夹层结构为Si的体积膨胀和收缩提供支撑，避免Si与电解质直接接触，形成稳定的固体电解质界面膜。此外，聚乙烯吡咯烷酮纺丝溶液辅助ZIF-8在碳纤维内部获得介孔结构，从而提高复合材料的比表面积和孔体积。在这种情况下，介孔结构还有助于缓解充放电过程中Si的体积膨胀和收缩，并改善锂离子和电子的传输动力学。受益于独特的结构特征，这种负极复合材料表现出增强的锂离子电池电化学性能，在1A/g下的可逆比容量为1114mAh/g，400次循环后的容量保持率为66%，比容量为740mAh/g。

图1.（a）所制备ZIF-8的XRD图和（b，c）TEM图像。

图2.在不添加（a，b）和添加（c，d）PVP的情况下，源自ZIF-8的N掺杂多孔碳的TEM图像。

图3.（a）Si/CNF@C和Si/pCNF@C复合纳米纤维的XRD图，（b）拉曼光谱和（c）TG曲线；Si/CNF@C（d）和Si/pCNF@C（e）样品的N1s XPS光谱。

图4.Si/pCNF@C样品的形态表征。（a，b）纤维的SEM图像，（c）横截面图，（d）HRTEM图像，C、Si、N、O的EDS映射。

图5.（a）Si/CNF@C和Si/pCNF@C样品的N2吸附/解吸等温曲线以及（b）孔径分布。

图6.（a）Si/CNF@C和Si/pCNF@C样品的倍率性能，（b）容量保持率和（c）循环性能。

图7.Si/CNF@C和Si/pCNF@C样品的电化学阻抗谱。