DOI: 10.1039/D0DT01842B

从组成、形态、结构和缺陷等方面对一维纳米纤维进行合理的设计，这对于制备具有理想性能的锂离子电池负极材料具有重要意义。在目前的工作中，研究者通过静电纺丝和多步烧结工艺制备了富钴空位的Co2AlO4纳米片涂覆Co2AlO4/碳纳米纤维。所制备的纳米纤维作为锂离子电池的负极，具有优异的循环稳定性，特别是在500 mAg-1下经过500次循环后，放电容量可以保持在627.4 mAh g-1。研究者对碳基网络、Co2AlO4上钴空位的存在以及该物种的较大比表面积做了改进。此外，密度泛函理论（DFT）计算表明，引入Co空位可以降低离子扩散的势垒，从而使锂离子在循环过程中扩散速度更快。显然，这种方法可为负极材料的制备提供许多核心优点，例如碳基基质、较大的比表面积和阳离子空位，更重要的是，它可以推广到其他尖晶石混合过渡金属氧化物。

图1.Co2AlO4/CNFs@Co2AlO4 NS的合成过程示意图。

图2.（a）三种不同类型纳米纤维样品的XRD光谱。（b）Co2AlO4的原子晶体结构图。

图3.（a，b）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS的SEM图像和TEM图像，（c）Co2AlO4/C纳米纤维的HRTEM图像和（d）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS的HRTEM图像，（e-i）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS的STEM元素映射：HAADF图像以及C、Co、Al、O元素映射的相应区域。

图4.分别为（a）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS和（b）Co2AlO4/C NFs的N2吸附-解吸等温线和BJH孔径分布曲线。（c）Co 2p的高分辨率XPS光谱以及（d）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS和Co2AlO4/C NFs的磁滞回线。

图5.（a）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS在100 mA/g下的三个循环期间的CV曲线和（b）放电曲线。（c）第一循环期间的放电和充电曲线，以及（d）不同样品在100 mA g-1下的循环性能。（e）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS的倍率性能和（f）随后的长期循环性能。

图6.Li在Co2AlO4中的迁移。（a）-（c）三种不同的迁移路径图。（a）Li在无空位Co2AlO4中四面体间隙之间的迁移。（b）当Co空位在四面体位置形成时，Li在Co2AlO4中的空位之间迁移。（c）当Li取代位于四面体位置的Co时，Li迁移在Co2AlO4中产生间隙。（d）这三项迁移的能垒。

图7.（a）Co2AlO4/C NFs@Co2AlO4 NS电极和Co2AlO4/C NFs电极的奈奎斯特图，（b）在1000 mA g-1时的循环性能。