DOI:10.1016/j.jpcs.2020.109861

一维中空纳米结构可以有效地减小锂离子的扩散距离，并缓解循环过程中SnO2的体积变化。在这项工作中，以两种不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为原料，通过静电纺丝技术和热处理制备了SnO2/ZnO中空纳米管。机理研究表明，可以通过改变PVP的分子量来控制具有不同形态的中空纳米管。以高分子量PVP为前驱体制备的SnO2/ZnO纳米管（SnO2/ZnO-H）的直径较小，结构致密，作为负极在电化学测试中显示出较好的稳定性和容量。通过原位聚合法涂覆聚吡咯（PPy）后，SnO2/ZnO-H的电导率和稳定性得到了进一步提高。该方法改善了电池的可逆容量，并且抑制了金属氧化物在充电和放电过程中的体积膨胀。100次循环后，SnO2/ZnO@PPy负极在0.2C下的放电容量高达626.1 mAh g-1，表明其具有出色的稳定性。因此，通过改变前驱体聚合物的分子量可以获得可控的中空金属氧化物纳米管结构。PPy涂覆中空纳米管作为负极材料具有优异的电化学性能。该研究为锂离子电池负极微观结构的未来设计和优化提供了新的思路。

图1.SnO2/ZnO@PPy的合成过程示意图。

图2.（a）Sn2+/Zn2+/PVPL（b）Sn2+/Zn2+/PVPH（c）SnO2/ZnO-L中空纳米管和（d）SnO2/ZnO-H中空纳米管的SEM图像。

图3.XPS高分辨率光谱图像：在不同热处理时间下SnO2/ZnO纳米管的（a）Sn 3d（b）Zn 2p。

图4.SnO2/ZnO-L中空纳米管和SnO2/ZnO-H中空纳米管的形成机理。

图5.SnO2/ZnO@PPy纳米管阵列的SEM图像（a-b）。

图6.（a）SnO2/ZnO@PPy的XRD校准图以及（b）SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy的FTIR光谱。

图7.SnO2/ZnO@PPy的形态分析。（a.b）SnO2/ZnO@PPy的TEM图像和（c）对应于（b）中选定区域的HR-TEM图像。（d）SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的SAED图谱。（e）HAADF-STEM图像以及SnO2/ZnO@PPy中空纳米管中C（橙色），O（绿色），Sn（蓝色），N（紫色）和Zn（粉红色）的相应STEM元素映射图像。

图8.（a）SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的氮气吸附-解吸曲线（插图：BJH孔径分布）。XPS高分辨率光谱图像：SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的（b）Sn 3d和（c）Zn 2p。（d）SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的XPS光谱图。

图9.（a）SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的CV曲线。（b）0.2C下SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的恒电流放电/充电曲线。（c）0.2C下SnO2/ZnO-L、SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的循环性能。（d）SnO2/ZnO-L、SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy中空纳米管在不同电流密度下的倍率性能。

图10.纯SnO2/ZnO-L、SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy中空纳米管的EIS光谱。

图11.SnO2/ZnO@PPy负极的SEM图像：（a）作为LIBs负极在0.2C下循环100次之前，以及（b）作为LIBs负极在0.2C下循环100次之后。