DOI:10.1016/j.carbon.2020.08.069

合理和定向设计合适的电极结构是实现理想性能的关键。本文报道了锂离子电池（LIBs）中具有理想一维结构和良好电化学性能的自支撑杂化膜的设计与合成。简而言之，通过提供源自碳化过程中实时热分解反应的水蒸气对纳米纤维进行原位蚀刻，同时将分层孔隙率和N，P共掺杂引入到碳纳米纤维骨架中。这两种缺陷工程的协同效应暴露出更多的活性位点，可以提供大量的假电容来提高锂的存储性能。另外，通过静电纺丝工艺形成的原位涂层结构也有助于减轻Fe3O4的体积膨胀。因此，所制备的杂化膜在半电池中循环200次后显示出优异的性能，在2 mA cm-2下可提供1.0 mAh cm-2的面积容量。同时，一个实用的硬币型全电池在100个循环后，在0.5 mA cm-2下的面积容量可达0.62 mAh cm-2。这项工作为构建具有可控缺陷的合理电极材料铺平了道路。

图1.Fe3O4@P-CNF电极制备策略的示意图。

图2.（a-b）Fe3O4@P-CNF的SEM图像。（c）Fe3O4@P-CNF的横截面。（d-f）Fe3O4@P-CNF的TEM图像。（g）相应的SAED图像。（h-m）STEM图像以及C、Fe、O、N和P的元素映射。

图3.（a）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的XRD图谱。（b）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的Fe2p光谱。（c）Fe3O4@P-CNF的C1s光谱。（d）Fe3O4@P-CNF的N1s光谱。（e）Fe3O4@P-CNF的P2p光谱。（g）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的TGA曲线。

图4.（a）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的N2吸附等温线，（b）相应的孔径分布曲线。

图5.Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的半电池性能。（a）Fe3O4@P-CNF的CV曲线。（b）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的循环性能。（c）Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的倍率性能。（d）Fe3O4@P-CNF的长期循环性能。（e-g）200个循环后Fe3O4@P-CNF负极的SEM图像。

图6.Fe3O4@P-CNF和Fe3O4@CNF的动力学分析。（a）Fe3O4@P-CNF在0.1至0.8 mV s-1不同扫描速率下的CV曲线。（b）Fe3O4@P-CNF的扫描速率和峰值电流图。（c）红色Fe3O4@P-CNF在0.8 mV s-1下的电容贡献。（d）电荷扩散系数过程。（e）放电过程的扩散系数。

图7.用Fe3O4@P-CNF负极和商用NCM 523正极组装的硬币型全电池的电化学性能。（a）在0.1至2.0 mA cm-2的不同电流密度下的倍率性能。（b）在不同电流密度下的充电/放电曲线。（c）长期循环性能。（d-f）100个循环后Fe3O4@P-CNF负极的SEM图像。